Per la misura della funzione H/V viene richiesto l'acquisizione del rumore sismico ambientale su tempi dell'ordine di diverse decine di minuti, in genere per una buona acquisizione i tempi di registrazione vanno dai 20 ai 30 minuti di registrazione in continuo. Questa durata ha lo scopo di garantire la misura del campo di rumore generato da una molteplicità di sorgenti dalle diverse direzioni dello spazio. Dal punto di vista della sperimentazione, la metodologia H/V richiede l'esecuzione di misure di rumore mediante un sistema di acquisizione tri-direzionale, caratterizzato da una terna di velocimetri (Fig.3.1) o geofoni1, disposti secondo l’asse X Y e Z di un piano orizzontale, tutto caratterizzato da sufficiente sensibilità (Fig.3.2). La sensibilità dell’apparecchio di misura deve avere delle frequenze comprese tra 0.5-10 Hz e sia un’adeguata frequenza alla bassa ampiezza del segnale. Sensori di tipo velocimetrico sono da preferirsi a sensori di tipo accelerometrico data la scarsa sensibilità di questi ultimi. Siccome la metodologia è basata sui soli rapporti di ampiezza spettrale, l'impiego di sensori con uguali caratteristiche e con una ragionevole linearità nella funzione di risposta per le tre componenti non è necessaria la correzione strumentale del segnale in fase di elaborazione. E’ necessario utilizzare un apparato di registrazione dotato di grande dinamica (dell'ordine dei 24 bit equivalenti) con basso rumore elettronico. Per la registrazione del segnale non è richiesta una grande capacità di memoria: infatti frequenze di campionamento comprese fra i 128 e i 512 Hz sono sufficienti a garantire un campionamento adeguato del campo di rumore per frequenze inferiori ai 10 Hz. “La sincronizzazione delle misure (per esempio mediante segnale GPS) non è strettamente necessaria (Gruppo di lavoro MS, 2008)”.
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Il geofono è un trasduttore che trasforma il movimento del terreno sollecitato dal terremoto o da azioni artificiali in variazioni di corrente convertite dall'ADconverter del sismografo in dati numerici digitali.
42 Figura 3.1 Sensori velocimentri2utilizzati all'interno della strumentazione. Foto concessa dalla ditta Senshe.
Figura 3.2 Strumento per misure di rumore sismico ambientale, noto come "Tromino" o tromografo. Fonte Web.
La possibilità di interpretare i massimi della funzione H/V dipende dalla validità delle assunzioni di base, ovvero che il rumore sia generato da una molteplicità di sorgenti distribuite casualmente attorno al punto di misura; inoltre, dove possibile, vanno rispettate 2 regole fondamentali per l’acquisizione:
1) La serie dei valori del rapporto spettrale abbia carattere stazionario nel tempo;
43 2) Gli eventuali massimi H/V siano quelli dedotti dal rumore sismico e non da interferenze spurie (rumore elettromagnetico di origine antropica, movimenti dello strumento di misura).
Nel corso della misura non è possibile sapere se le condizioni necessarie al funzionamento della procedura a fini geognostici (campo d'onda diffuso) siano o meno verificate. Oltre alla stima della curva H/V, risulta quindi utile valutare l'eventuale presenza di fenomeni direzionali (eterogeneità nel campo di rumore) e la stabilità nel tempo della funzione H/V durante la misura (stazionarietà). In presenza di un campo di rumore diffuso il valore della funzione H/V non deve cambiare nel tempo o al variare della direzione di polarizzazione. Al contrario, la presenza di sorgenti dominanti o il cattivo posizionamento dello strumento (basculamento) si manifesta come una variazione direzionale e/o temporale dei rapporti H/V. Sperimentalmente, l'analisi di qualità della misura può essere effettuata confrontando le ampiezze spettrali medie del rumore misurato lungo le due componenti orizzontali, oppure calcolare diversi valori della funzione H/V di volta in volta proiettando lungo direzioni differenti le ampiezze spettrali ottenute sul piano orizzontale. “La stazionarietà nel tempo, invece può essere valutata rappresentando in funzione del tempo le funzioni H/V ottenute nelle diverse finestre temporali considerate (Gallipoli et al. 2008”). La presenza di marcate eterogeneità azimutali e/o di variazioni temporali nelle caratteristiche del campo misurato possono indicare la presenza di fenomeni capaci di invalidare le ipotesi di base della procedura. In questi casi la misura deve essere ripetuta fino a ottenere condizioni sperimentali ritenute soddisfacenti. Un importante effetto di disturbo è quello associato alla presenza di intense sorgenti di rumore elettromagnetico (apparati radar, motori elettrici, impianti industriali, ecc.). La presenza di queste sorgenti viene messa in evidenza da massimi spettrali molto ben definiti su tutte e tre le componenti del segnale. In situazioni di questo tipo, la banda di frequenza interessata dal rumore elettromagnetico non va considerata nella fase di interpretazione del segnale. Infine, un buon indicatore della qualità del picco H/V può essere ottenuto dall'esame degli spettri singoli. “Infatti, massimi fisicamente significativi sono generalmente associati a valori di ampiezza spettrale minima sulla componente verticale (Gruppo di lavoro MS, 2008)”. Alcuni criteri in proposito sono stati determinati nell'ambito del progetto europeo SESAME di cui si riporta un estratto in Allegato A. I vantaggi sono costituiti dalla possibilità di eseguire ed elaborare una grande quantità di misure in modo semplice e veloce mantenendo una buona qualità
44 nei risultati. Dato che il rumore sismico è presente in ogni parte della superficie della terra ed è costituito da fasi sismiche che spesso hanno attraversato porzioni significative del sottosuolo, le misure sismiche passive con tromografi, sono caratterizzate da un'applicabilità virtualmente illimitata e risultano più efficaci proprio laddove le tecniche attive (sia di superficie sia in foro) sono fortemente penalizzate proprio dalla presenza di un forte rumore ambientale (es. in aree urbane caratterizzate da un intenso traffico veicolare). Inoltre, dato che non richiedono forme di energizzazione artificiali, le tecniche passive sono caratterizzate da un ingombro relativamente ridotto e da bassi costi di esplorazione per unità di volume di sottosuolo indagato. La tecnica HVSR costituisce un prezioso aiuto nella preparazione di una carta di microzonazione: in particolare, si utilizza la carta geologica per guidare il tracciamento dei limiti tra le aree con diversa classificazione dei suoli, a partire dai dati puntuali da terremoti o da profili di VS e aiutandosi con la mappa dei valori di iso-frequenze ottenuti dai dati HVSR si confermano o meno i domini spaziali da assegnare alle varie classi di suolo. Oltre al segnale, per poter condurre un esperimento in condizioni controllate, è fondamentale capire quanto la strumentazione impiegata è in grado di restituire un dato, il quale rispecchi il più fedelmente possibile l’oggetto che si vuole rappresentare. Il segnale del noise sismico ambientale investe un’ampia banda di frequenze, la quale non è ricoperta completamente da un singolo sensore sismico; inoltre le ampiezze coinvolte possono essere così ridotte da non essere riprodotte dal sistema di registrazione, sia per i limiti di fabbricazione (dinamica, risoluzione, campionamento, ecc.) sia per il rumore strumentale che ogni strumento possiede. Quindi, studiando il noise sismico ambientale, è necessario utilizzare uno strumento che rappresenti le frequenze volute e conoscere se esso è in grado di restituire un segnale non degradato. Questa ricerca fornisce alcuni esempi sperimentali in cui sono impiegati strumenti differenti, sia per quel che riguarda il sensore sismico, sia per l’apparato di acquisizione e registrazione del segnale.
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