vanessa greco - Comune di Forte dei Marmi

Firmato digitalmente da
vanessa greco
A L L E G A TO 4
T = Geologo OGT
SerialNumber =
IT:GRCVSS73E59
G628D
C = IT
26GG1502
PROT.
TECNICO INCARICATO
V A R I A NT E G E NE R A L E
AL
P I A NO C OM P L E S S O
D I I NT E R V E NT O
Dott. Geol.
VANESSA GRECO
R E L A Z I ONE S UL L E I ND A G I NI A S T A Z I ONE S I NG OL A
HV S R
DATA
giugno 2015
COMMITTENTE
Comune di FORTE DEI MARMI
Provincia di LUCCA
MISURE DI RUMORE SISMICO AMBIENTALE A STAZIONE SINGOLA
Committente: Dott. Geol. Vanessa Greco
RELAZIONE SULLE INDAGINI
G&Geo
Studio Geologi Associati
Indagini HVSR, Comune di Forte dei Marmi (LU)
SOMMARIO
1. - INTRODUZIONE .......................................................................................................2
2. – DESCRIZIONE DELLE INDAGINI .................................................................................2
2.1 MISURE DI RUMORE SISMICO A STAZIONE SINGOLA (HVSR) ..................................................2
2.1.1 Metodologia e strumentazione ..................................................................2
2.1.2 Risultati .....................................................................................................5
INDICE DELLE FIGURE NEL TESTO
Figura 1: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR1 - Via Michelangelo ........................... 7
Figura 2: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR2 - V. Apuana ..................................... 7
Figura 3: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR3 - Vaiana ........................................... 8
Figura 4: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR5 - R. Imperiale ................................... 8
Figura 5: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR6 - Via Venezia ................................... 9
Figura 6: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR8 - Via XX Settembre ........................... 9
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Indagini HVSR, Comune di Forte dei Marmi (LU)
1. - INTRODUZIONE
A supporto del Piano Complesso di Intervento del Comune di Forte dei Marmi sono
state effettuate indagini sismiche basate su misure di rumore sismico ambientale a
stazione singola con la determinazione del rapporto H/V.
Le specifiche tecniche e gli standard di riferimento con cui sono state eseguite tali
indagini, indicate dalla struttura Servizio Sismico regionale, sono le seguenti:

Indirizzi e Criteri di Microzonazione Sismica del Dipartimento della Protezione
Civile Nazionale (ICMS) approvati il 13 novembre 2008 dalla Conferenza delle
regioni e delle Province autonome;

Specifiche tecniche regionali: Allegato A alla DGRT n.261/2011, Appendice 1,
Appendice 2

Istruzioni Tecniche del Programma VEL (Valutazione Effetti Locali) della Regione
Toscana, nonché alle indicazioni contenute nel Volume di Ingegneria Sismica
2/2011.

Indicazioni contenute nel Volume di Ingegneria Sismica 2/2011.

Standard per la stesura della carta delle indagini e l’informatizzazione: Standard
di rappresentazione ed archiviazione informatica - Commissione Tecnica per il
monitoraggio degli studi di Microzonazione Sismica, (articolo 5, comma7 OPCM
3907/2010);

Indicazioni contenute Volume di Ingegneria sismica 2/2011
2. – DESCRIZIONE DELLE INDAGINI
2.1 MISURE DI RUMORE SISMICO A STAZIONE SINGOLA (HVSR)
2.1.1 Metodologia e strumentazione
È stata utilizzata la tecnica HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) con tromografo
digitale (indagine sismica con metodologia dei microtremori). La misura del rumore
sismico ambientale è stata acquisita con strumentazione tromografica portatile, dotata
di tre canali di acquisizione connessi a tre velocimetri elettrodinamici ad alta
risoluzione, in grado di misurare le componenti della velocità (moto) di ogni strato
lungo le direzioni N-S; E-W; H-V.
Tale metodo si basa sulla misura del rumore sismico ambientale. Quest'ultimo,
presente ovunque sulla superficie della Terra, è generato, oltre che dall'attività
dinamica del pianeta, dai fenomeni atmosferici (onde oceaniche, vento) e dall'attività
antropica. Si chiama anche microtremore in quanto riguarda oscillazioni molto piccole
(10-15 m/s2 in termini di accelerazione), inferiori di diversi ordini di grandezza rispetto
a quelle indotte dai terremoti nel campo vicino. I metodi che si basano sulla sua
acquisizione si dicono passivi in quanto il rumore non è generato ad hoc, come avviene
invece nel caso della sismica attiva (esplosioni).
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Lo spettro in frequenza del rumore di fondo in un terreno roccioso pianeggiante
presenta dei picchi a 0.14 e 0.07 Hz, comunemente interpretati come originati dalle
onde oceaniche. Tali componenti spettrali vengono attenuate molto poco anche dopo
tragitti di migliaia di chilometri per effetto di fenomeni di guida d'onda. A tale
andamento generale, che è sempre presente, si sovrappongono le sorgenti locali,
antropiche (traffico, industrie ma anche il semplice passeggiare di una persona) e
naturali che però si attenuano fortemente a frequenze superiori a 20 Hz, a causa
dell'assorbimento anelastico originato dall'attrito interno delle rocce.
Nel tragitto dalla sorgente al sito le onde elastiche (sia di terremoto che di
microtremore) subiscono riflessioni, rifrazioni, intrappolamenti per fenomeni di guida
d'onda e attenuazioni che dipendono dalla natura del sottosuolo attraversato. Questo
significa che se da un lato l'informazione relativa alla sorgente viene persa e non sono
più applicabili le tecniche della sismica classica di ray tracing, è presente comunque
una parte debolmente correlata nel segnale che può essere estratta e che contiene le
informazioni relative al percorso del segnale ed in particolare relative alla struttura
locale vicino al sensore impiegato per la rilevazione del microtremore.
Dunque, anche il debole rumore sismico, che tradizionalmente costituisce la parte di
segnale scartata dalla sismologia classica, contiene informazione. Questa informazione
è però sepolta all'interno del rumore casuale e può essere estratta attraverso tecniche
opportune
Dai primi studi di Kanai (1957) in poi, diversi metodi sono stati proposti per estrarre
l'informazione relativa al sottosuolo a partire dagli spettri del rumore sismico
ambientale registrati in un sito. Tra questi, la tecnica che si è maggiormente
consolidata nell'uso è quella dei rapporti spettrali tra le componenti del moto
orizzontale e quella verticale (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR o H/V),
applicata inizialmente da Nogoshi e Igarashi (1970) e resa popolare principalmente da
Nakamura (1989) come strumento per la determinazione dell'amplificazione sismica
locale.
Mentre su questo punto non è ancora stato raggiunto consenso, è invece ampiamente
riconosciuto che la curva H/V è in grado di fornire stime affidabili delle frequenze
principali
di
risonanza
dei
sottosuoli
(informazione
di
notevole
importanza
nell'ingegneria sismica).
La tecnica di Nakamura non richiede l'individuazione di una stazione di riferimento,
permettendo così di operare in campagna utilizzando una sola stazione sismica. Il
metodo HVSR considera i microtremori come composti principalmente da onde di
Rayleigh e presuppone che l'amplificazione relativa agli effetti di sito sia causata dalla
presenza di uno strato sedimentario giacente su di un semispazio elastico. In queste
condizioni le componenti del moto sismico da analizzare sono quattro:

quelle orizzontali di superficie (Hs) e quelle orizzontali al bedrock (Hb);

quelle verticali di superficie (Vs) e quelle verticali al bedrock (Vb).
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La frequenza di risonanza è ricercata al primo picco individuato dal rapporto tra la
componente orizzontale e quella verticale dei segnali registrati.
Nel 2004, nell'ambito di un progetto europeo denominato SESAME 1 (Site EffectS
assessment using AMbient Excitations), sono state elaborate le linee guida per
l'esecuzione e l'interpretazione di misure sismiche di microtremore, creando così le
premesse per la standardizzazione di questo tipo di indagine geofisica.
Le misure di microtremori vengono anche utilizzate per valutazioni stratigrafiche o,
alternativamente, di velocità delle onde di taglio (Vs). Il metodo risulta molto semplice
ed intuitivo nell'ipotesi di un sottosuolo stratificato orizzontalmente e i cui parametri
variano solo con la profondità (sistema monodimensionale 1D).
Nel caso ideale di un sottosuolo formato da due soli strati (la copertura (1) ed il
bedrock (2)), separati da una superficie orizzontale e distinguibili per un diverso valore
di impedenza sismica, ovvero per differenti densità e/o velocità delle onde sismiche,
un'onda che viaggia nel mezzo (1) viene parzialmente riflessa dall'orizzonte che separa
i due strati. L'onda così riflessa interferisce con quelle incidenti, sommandosi e
raggiungendo le massime ampiezze di oscillazione (condizione di risonanza), quando
la sua lunghezza d'onda  è 4 volte (o suoi multipli dispari) lo spessore h del primo
strato.
In altre parole la frequenza fondamentale di risonanza fr della copertura (mezzo (1)),
relativa alle onde S è pari a:
fr = VS1/(4 h)
Teoricamente questo effetto è sommabile cosicché la curva HVSR mostra come
massimi relativi le frequenze di risonanza dei vari strati alle varie profondità. Questo,
insieme ad una stima degli spessori degli strati, che è solitamente disponibile almeno a
livello di massima, è in grado di fornire previsioni sulle velocità di propagazione delle
onde sismiche nel sottosuolo.
Questa correlazione ha consentito, tramite l'utilizzo delle Vs ricavate dalle indagini
MASW eseguite in prossimità della misura passiva di rumore, ha permesso di valutare
la profondità del livello che genera risonanza e di confrontarlo con i dati geognostici
raccolti (sondaggi, CPTU).
Per le analisi del microtremore sismico è stato utilizzato un geofono triassale di
frequenza propria pari a 4.5 Hz, collegato ad un acquisitore sismico (Seismic Source
Daqlink III), con software di elaborazione dedicato.
Dalle registrazioni del rumore sismico sono state ricavate le curve H/V utilizzando i
seguenti parametri:

Tempo di acquisizione: 20 min

Frequenza di campionamento: 128 Hz
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
Larghezza delle finestre d’analisi: 20 s,

Lisciamento secondo finestra triangolare con ampiezza pari al 10% della
frequenza centrale.
Per ulteriori informazioni sulle misure effettuate (condizioni ambientali, tipo di
superficie di misura, “pulizia” dei dati, processing, spettri ottenuti, ecc.) si rimanda alle
tavole di sintesi allegate. Le tavole riportano anche, per ogni misura, una stima della
sua affidabilità secondo gli standard suggeriti dalle linee guida del SESAME Project
(2004) e da Albarello et alii (2010).
2.1.2 Risultati
In totale sono state effettuate 7 misure di rumore sismico ambientale a stazione
singola.
Per ogni misura effettuata vengono presentati in un quadro unitario (tavole in allegato),
insieme ai parametri di acquisizione ed elaborazione dei dati, le curve H/V ottenute, gli
spettri delle tre componenti del moto, i grafici della direzionalità e i grafici delle serie
temporali, questi ultimi depurati da eventuali transienti.
Per tutte le misure l’elaborazione dei dati è stata eseguita lisciando gli spettri con una
finestra triangolare al 20% della frequenza centrale. Una volta verificato che la curva
H/V ottenuta non fosse affetta da perdita di informazioni significative per eccessivo
smoothing degli spettri, abbiamo cercato di evidenziare la presenza o meno di
eventuali picchi di origine antropica (artefatti).
Il territorio esaminato non è comunque caratterizzato da un importante attività
industriale ed artigianale con macchinari in grado di produrre rumore monocromatico
(artefatti) a frequenze tali da poter disturbare le curve H/V e, sovrapponendosi al
segnale di origine stratigrafica, influenzare sia in frequenza sia in ampiezza i massimi
significativi, rendendone problematica, in taluni casi, l’interpretazione. Nella fase di
interpretazione dei dati è stata quindi posta particolare attenzione al riconoscimento
degli artefatti e alla valutazione del loro effetto sulle curve H/V attraverso l’analisi di
queste ultime congiuntamente ai relativi spettri delle singole componenti.
Gli standard di qualità adottati prevedono una classificazione delle curve H/V in 3
classi (A, B e C) di qualità decrescente da A a C. Le classi A e B sono ulteriormente
suddivise in due tipologie (tipo 1 e tipo 2). Per il significato di questa classificazione,
riportato sinteticamente in tutte le tavole allegate, si veda Albarello et alii (2010) e
Albarello e Castellaro (2011).
Sei curve sono classificabili in classe A, le restanti 1 ricadono in classe B.
E’ stato principalmente analizzato l’intervallo di frequenze di maggiore interesse
ingegneristico, ossia quello compreso tra 1 e 420 Hz.
I risultati ottenuti sono riassunti nella sottostante tabella.
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Frequenza
Stazione
Ubicazione
Via
Michelangelo
Profondità
Profondità
contrasto
Picco
Classificazione
contrasto
HVSR
Curva
1 (m)
1.43
5.09
A1
1.2
52
di picco f0
(Hz)
HVSR1
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2
(m)
HVSR2
V. Apuana
1.40
2.98
A1
2.2
60
HVSR3
Vaiana
1.46
2.96
A1
1.1
75
HVSR4
Caranna
0.31
1.54
B2
HVSR5
R. Imperiale
1.56
2.44
A1
0.8
48
HVSR7
Via Venezia
1.22
2.91
A1
0.9
58
1.43
3.45
A1
0.8
55
HVSR8
Via XX
Settembre
Come emerge dai risultati, il territorio esplorato presenta una sostanziale uniformità
dei dati con la maggior parte delle frequenze comprese tra 1 e 1.5 Hz e medi contrasti
di impedenza 2.5<H/V<3.5, di cui solo 1 misure H/V > 5.
Per quanto riguarda i picchi a frequenze maggiori (maggiori od uguali a 20 Hz), visto
che il valore H/V è quasi sempre superiore a 2, si ritiene quindi che siano da
considerarsi a limitato contrasto di impedenza.
Nelle figure seguenti sono riportati i grafici delle elaborazioni eseguite, espressamente
riferite al modello stratigrafico adottato, eccezion fatta per la misura HVSR4 (Caranna)
non direttamente interpretabile.
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STAZIONE HVSR1 - Via Michelangelo
Figura 1: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR1 - Via Michelangelo
STAZIONE HVSR2 - V. Apuana
Figura 2: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR2 - V. Apuana
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STAZIONE HVSR3 - Vaiana
Figura 3: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR3 - Vaiana
STAZIONE HVSR5 - R. Imperiale
Figura 4: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR5 - R. Imperiale
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STAZIONE HVSR7 - Via Venezia
Figura 5: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR6 - Via Venezia
STAZIONE HVSR8 - Via XX Settembre
Figura 6: Grafico velocità onde di taglio/profondità HVSR8 - Via XX Settembre
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