Sismica a rifrazione

La metodologia della sismica a rifrazione utilizza la determinazione della velocità di propagazione delle onde longitudinali, le cosiddette onde P, nel sottosuolo.
Le onde P si propagano nel terreno, e sono generate quando il terreno stesso è sottopoto a sollecitazioni naturali (sisma) o artificiali.

La tecnica di indagine di sismica a rifrazione consiste nella misura dei tempi di primo arrivo delle onde sismiche, generate in un punto posto sulla superficie, in corrispondenza di diversi punti, posizionati sulla superficie topografica.

In dettaglio, il metodo sismico a rifrazione si basa sulla misura dei tempi di percorso delle onde sismiche di volume ( P o S) dirette e rifratte (i cosiddetti primi arrivi) che, partendo in un istante noto da una sorgente artificiale di posizione nota, arrivano ai diversi geofoni (sensori collocati a distanze note dalla sorgente). Le onde dirette sono quelle che si propagano direttamente dalla sorgente ai geofoni, senza scendere in profondità. Invece, le onde rifratte sono quelle che, dopo essere penetrate in profondità nel sottosuolo, incontrano un rifrattore (superficie di aumento brusco della velocità di propagazione) e vengono da esso trasmesse in superficie (a causa del fenomeno dell'incidenza critica dei raggi sismici). I dati ricavati da tale tipo di indagine consentono di determinare un modello bidimensionale del sottosuolo. Utilizzando le distanze tra il punto di scoppio e i vari geofoni e i tempi di arrivo del segnale sismico, si ricavano delle curve tempo-distanza, democrone. Dalle dromocrone dei primi arrivi (curve che rappresentano la variazione del tempo di percorso in funzione della distanza sorgente - geofono) si risale al modello di velocità sismica del sottosuolo, fino alla base del rifrattore più profondo individuato (poiché i raggi sismici che scendono a profondità superiori non ritornano in superficie nei punti in cui sono collocati i geofoni).

L’indagine di sismica a rifrazione consente di valutare le caratteristiche meccaniche e di compattezza dei terreni indagati, inoltre, consente di poter definire la composizione litologica dei terreni, il loro grado di fatturazione, nonché la geometria delle stratificazioni immediatamente sottostanti la coltre superficiale, di definire la profondità del basamento (bedrock), e se si opera in terreni alluvionale determinare anche la profondità della falda freatica.

La strumentazione necessaria per l’acquisizione è costituita da un certo numero di geofoni (generalmente 12 o 24) che vengono regolarmente spaziati sul terreno e da un sismografo che registra l’istante di partenza della sollecitazione ed i tempi di arrivo ai vari sensori. La registrazione avviene simultaneamente su di un unico diagramma, il sismogramma.

I principali campi di applicazione sono i seguenti:

• determinazione delle caratteristiche geomeccaniche dei terreni di fondazione;

• determinazione dello spessore dei terreni di copertura e delle loro caratteristiche geometriche;

• la determinazione della profondità del basamento roccioso;

• la classificazione dei terreni di fondazione in base alle nuove normative sismiche;

• studi geomorfologici come la determinazione della stabilità dei versanti;

• valutazione dello spessore dei corpi di frana;

• modellazione in due o tre dimensioni del sottosuolo;

• studi di pianificazione territoriale (microzonazione sismica).

Sismica in foro

Le prove sismiche in foro di tipo down-hole e cross-hole, vengono realizzate, mediante l’utilizzo di appositi geofoni da pozzo di tipo tridimensionale, che vengono calati in pozzi di indagine appositamente predisposti, ed opportuni sistemi di energizzazione.

Down-hole

Le prove sismiche down-hole vengono eseguite per misurare la velocità di propagazione delle onde dirette che si propagano dalla superficie in profondità.

L’energizzazione del terreno viene effettuata in superficie in corrispondenza della testa del foro, mentre la registrazione avviene in foro, mediante l’utilizzazione di un geofono triassiale ancorato a differenti profondità, via via crescenti. I geofoni adoperati per tali indagini sono particolarmente assemblati per essere calati e fissati a varia profondità, contro la parete di un foro opportunamente condizionato. Essi misurano gli spostamenti nelle tre direzioni ortogonali tra di loro. Le onde sismiche possono essere generate energizzando il terreno sia in direzione verticale, generando prevalentemente onde compressive (onde P) che si propagano in profondità e verranno registrate dal geofono disposto verticalmente, oppure in direzione trasversale. In quest’ultimo caso verranno generate principalmente onde di taglio (onde S) che verranno registrate dai geofoni posti orizzontalmente.

L’indagine viene eseguita eseguendo diverse energizzazioni alle differenti profondità di avanzamento dei geofoni. I dati rilevati vengono raccolti e ricostruiti in un unico sismogramma. In particolare vengono raggruppate in un sismogramma i segnali relativi al geofono verticale e in un secondo sismogramma i segnali relativi ai geofoni orizzontali. Poiché i geofoni orizzontali sono due (e posizionati tra di loro a 90°) e il sismogramma uno solo, è necessario che le forme d’onda vengano fra loro composte secondo un certo angolo (diverso da 90°) che viene opportunamente modificato dal programma di interpretazione per cercare il piano di oscillazione principale dell’onda di taglio. La progressiva modifica dell’angolo di composizione tra x e y, accompagnata dalla grafica in tempo reale della forma d’onda composta, consente di individuare quel valore dell’angolo per il quale è minima l’energia dell’onda compressiva e massima quella dell’onda trasversale. Questo valore dell’angolo di composizione, diverso per ciascuna profondità, viene utilizzato per la creazione del sismogramma riguardante le onde di taglio. 

 

Cross-hole

L’applicazione della metodologia cross-hole richiede la disponibilità di due fori di sondaggi, opportunamente rivestiti e cementati.

Le prove sismiche corso-hole consistono nella misurazione della velocità delle onde fra i due fori di sondaggio. Mediante un geofono tridimensionale ancorato, posto all’interno di un foro di sondaggio, si misura l’impulso generato da un’energizzazione effettuata nell’altro foro di sondaggio alla medesima quota di stazionamento dei geofoni. Generalmente le energizzazioni e le relative misurazioni si effettuano con un passo di un metro, a partire dalla maggiore profondità e procedendo verso la superficie, per impedire che il sistema di energizzazione venga intrappolato nel foro di sondaggio in seguito agli scoppi.

Vengo determinate le velocità media di propagazione delle onde, in senso orizzontale, delle onde trasversali e delle onde compressive.

 

I principali campi di applicazione sono gli stessi della sismica di superficie, ma consentono un maggiore dettaglio.

Vengono generalmente utilizzate per determinare:

• la stratigrafia delle coperture alluvionali sul bedrock;

• la localizzazione di zone fratturate;

• la presenza di cavità, etc.