Strumentazione e Metodologia

Al fine di poter confrontare i dati sismici ed elettrici con quelli provenienti dalla nuova indagine sismica a riflessione SH, è stato necessario approntare la linea di acquisizione in corrispondenza della stesa sismica ed elettrica effettuata nel precedente lavoro (Stucchi et al. 2013). Tuttavia, necessità logistiche hanno portato alla decisione di effettuare solo parte di tale stendimento, più specificatamente la sua porzione settentrionale come mostrato in figura 22:

Figura 22: in evidenza nel cerchio rosso l’area di acquisizione dati . A) linee di acquisizione sismiche ed elettriche in Stucchi et al. 2013. B) in nero linea di acquisizione SH

A

N

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La Strumentazione utilizzata per effettuare l’acquisizione dati si compone di:

 2 Sismografi Summit Compact Unit:

trasformano il segnale elettrico proveniente dai cavi in un segnale digitale

 2 cavi da 24 canali:

Trasportano il segnale elettrico generato dai geofoni ai sismografi

 48 geofoni con asse di oscillazione orizzontale

 Trigger:

dispositivo che sincronizza le vari componenti per la determinazione del tempo zero

 2 batterie:

utilizzate per l’alimentazione dei sismografi

 Cablaggi vari

 Unità centrale:

Notebook con guarnizioni antipioggia adatto per indagini di campagna, dove vi è installato il software “Summit” atto alla gestione dei sismografi.

 Sistema di energizzazione a pendolo

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Figura 23: 1) Batterie; 2) Sismografi; 3) Geofoni; 4) Trigger; 5) Unità centrale; 6) Piastra; 7) Massa battente

Due batterie alimentano i sismografi (presenti in due unità in quanto ognuno ha capacità di gestione di massimo 24 canali) i quali sono collegati ai geofoni ed al trigger. Questo è a sua volta collegato tramite cavi elettrici all’unità centrale e al sistema energizzante. Le due componenti principali della sorgente sono collegate tra di loro tramite un circuito elettrico che andrà a chiudersi nel momento in cui la massa

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battente andrà ad urtare la piastra, attivando così il trigger che determinerà il “tempo zero” della registrazione effettuata dai sismografi.

Il sistema di energizzazione è stato appositamente ideato per il presente lavoro ed è stato realizzato grazie alla collaborazione del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa. Il progetto è stato realizzato con l’intento di costruire una struttura in grado di trasferire energia trasversale al terreno sufficiente, ma che al contempo fosse facile da trasportare e avesse costi di realizzazione contenuti. Ne è risultata una struttura a forma di altalena (figura 24) con energizzatore a pendolo, costituita da una impalcatura di tubi d’acciaio componibili tramite filettature, alta 2.20m; nella parte sommitale sono stati saldati 2 anelli di acciaio che, tramite una corda, sostengono una sfera di ghisa del peso di 16 Kg che costituisce la massa battente del sistema, lasciata sospesa e libera di oscillare.

Figura 24: energizzatore a pendolo con dettaglio

Il sistema si compone poi di una piastra formata da lastre saldate tra loro che verrà posizionata sul terreno in corrispondenza della massa battente sospesa. Tale piastra, è formata principalmente da una lastra verticale, che costituisce una superfice libera su cui poter applicare la forza energizzante trasversale, ed una orizzontale che va ad appoggiarsi al terreno e che ve ne trasferisce l’energia. La lastra orizzontale presenta quattro fori alle estremità su cui possono essere inseriti dei paletti di acciaio da infiggere nel terreno per garantire la continuità tra il sistema energizzante e il substrato. Quando la palla viene lasciata cadere da una altezza di circa un metro va

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a colpire trasversalmente la lastra verticale, generando onde di tipo S che andranno a propagarsi nel terreno tramite la lastra orizzontale e i paletti che la fissano al terreno (fig. 56). Come già accennato, questo tipo di energizzatore è stato progettato per essere trasportato in una normale utilitaria e poter essere assemblato e usato da 2 operatori.

Figura 25:a sinistra piastra infissa nel terreno; a destra sistema energizzante in azione Il segnale che verrà registrato con questo sistema di energizzazione sarà probabilmente affetto da una quantità non trascurabile di rumore, in parte coerente e in parte random. Appartengono alla prima categoria le onde P convertite, le SV e le onde superficiali, mentre rientrano nel rumore random varie componenti quali, per esempio, il non perfetto accoppiamento piastra-substrato, la non perfetta replicabilità degli shot ed il rumore ambientale. Per poter attenuare Il rumore coerente in fase di processing, è necessario acquisire tracce con polarità opposta, mentre per favorire l’attenuazione del rumore random sono stati effettuati shot ripetuti per la stessa polarità.

Nel caso di specie, per ricondurci alla situazione desiderata, ovvero per poter evidenziare in fase di processing solo il segnale SH desiderato e diminuire la contaminazione del rumore, sono stati effettuati per ogni stazione 6 shot con una polarità (direzione Coloretta-Noce, località limitrofe) ed altrettanti in direzione opposta (Noce-Coloretta). Questa modalità operativa consentirà in fase di

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elaborazione dati di migliorare il rapporto segnale-rumore, tramite procedimenti che verranno illustrati nel capitolo 5.

Una corretta registrazione dati richiede particolare attenzione nelle fasi iniziali di acquisizione, specialmente per la scelta del corretto posizionamento dell’attrezzatura.

Per poter generare onde di taglio SH, è necessario energizzare il terreno trasversalmente rispetto alla direzione di acquisizione, la quale non è stata scelta in tale sede ma è stata realizzata con coordinate corrispondenti a quelle del lavoro in Stucchi et al. 2013, al fine di poterne confrontare i risultati. Ne consegue che il corretto posizionamento della sorgente, per generare onde della giusta polarizzazione, è quello in cui il movimento della massa battente è perpendicolare alla linea di acquisizione. Fondamentale importanza ricopre anche il corretto posizionamento dei geofoni lungo la stesa; le onde S generate dalla sorgente infatti hanno una componente verticale (SV) ed una orizzontale (SH); per poter registrare solo le onde SH è necessario quindi escludere le onde SV dalla registrazione, disponendo i sensori con direzione di oscillazione perpendicolare alla linea di acquisizione. L’eventualità di registrare anche eventi relativi ad onde P convertite è stata esclusa a priori, almeno teoricamente, in quanto i geofoni non registrano le componenti verticali (fig. 26).

Figura 26: Geometria della

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Quindi le contaminazioni del segnale da parte di onde con polarizzazione diversa da quella di interesse sono teoricamente eliminate in fase di acquisizione. La geometria di acquisizione è stata scelta in modo da poter ottenere il massimo vantaggio dall’acquisizione, cercando di gestire al meglio la strumentazione in dotazione e considerando il tipo di situazione geologica complessa da investigare. La prima scelta da prendere è stata quella riguardante il valore dell’offset minimo e massimo, del group-interval e source-interval. Inoltre vi è la necessità di acquisire con una buona continuità laterale (indispensabile per ricostruire gli andamenti caotici e discontinui tipici di una frana) senza però rinunciare a offset sufficienti a distinguere eventi iperbolici da quelli rettilinei e ciò ha portato al compromesso di 0.75 m di distanza group-interval; per limitare i tempi di acquisizione, è stato scelto un valore di 1.5m per il source interval. Per quanto riguarda l’offset, invece, i valori variano da un minimo di 0m (sorgente-ricevitore teoricamente coincidenti) a un massimo di 42m, con valori variabili al variare della posizione della sorgente all’interno dei vari stendimenti.

La schema di acquisizione eseguito si compone di 6 stendimenti, come mostrato in figura 27:

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Per il primo stendimento, la sorgente è inizialmente posizionata in corrispondenza della prima stazione della linea sismica, con offset minimo di 6m, e segna l’inizio della linea a quota 687m s.l.m. I restanti shot sono stati eseguiti spostando progressivamente la sorgente di 1.5m lungo la linea, ottenendo quindi una graduale diminuzione dell’offset minimo (che diventa nullo al 5° shot) e un passaggio da off- end a split-spread negli ultimi due shot. Giunti a questa fase, la sorgente è stata lasciata in posto, mentre i geofoni sono stati traslati in avanti di 8.25m lungo la stesa, configurando così il secondo stendimento in cui il suddetto procedimento è stato ripetuto. La modalità di acquisizione rimane invariata fino all’ultimo stendimento, dove la sorgente viene progressivamente spostata lungo la linea fino alla conclusione dell’acquisizione, alla stazione 115.

Di seguito vengono riportati in tabella i parametri principali dell’acquisizione effettuata:

Tabella 1: Parametri di acquisizione