giovedì 4 dicembre 2014

PROTOTIPO 4 - tromografo sperimentale per HVSR

TROMOGRAFO SPERIMENTALE
AUTOCOSTRUIBILE
SOLUZIONE SUPERATA DAL PROTOTIPO 5 E 7 ANCHE SE ANCORA VALIDA
OTTIMA SOLUZIONE IN CASO DI BREZZA GRAZIE AL PESO E LA FORMA COMPATTA

COMPONENTI:

1)  PIASTRA IN ALLUMINIO oppure di legno / plexiglas appesantita da piastra in ferro ( peso totale  1,0 -3 kg )   -    di alluminio di recupero  3 - 4 euro kg 

2)  SCATOLA GEVISS  100 X 100 X 19   5,00 -7  Euro  - Grossista materiale elettrico

3)  n° 3 bulloni da 10 mm lunghi 5 cm  con rondelle a molla e dadi - ferramenta 1,5 euro

4)  n° 1 bullone con 2 dati e 2 rondelle da 5,5 cm + spessore piastra ( circa )  0,5 euro     

5)  n° 4 brugole 2 + spessore piastra con dadi   2 euro

6)  n°° 1 cubo di legno 8 x 8 x 4 di legno stagionato frassino o simile con tre buchi da 26 cm  profondi 3,5 + 1  buco asse centrale da 7 mm        10 - 15 euro a seconda del falegname)  

6)  ritaglio di compensato a L per posizionamento Theremino come da foto allegata , 1 euro 

8)  n° 2 bulloni di piccolo diametro da 10-15 mm per fissare Theremino al compensato 0,5 euro

9)  un acquisitore Themino - 10 euro

10)  n° 3 preamplificatori Theremino

11 ) cavo USB con collegamento tipo stampante da 1,5 metri , meglio se con prolunga - dal vostro fornitore di pc 2,5 euro

12)  n°3 geofoni  1 verticale , 2 orizzontali  da 4,5 hz   -


La scatola Geviss fissata con 4 brugole  alla piastra, 
tra la piastra e la Gevis una rondella come spessore per una migliore aderenza alla piastra
(le brugole potrebbero essere omesse se si usa plexiglass o alluminio) 



cubo di 8 x 8 x 4 di legno stagionato (No abete - pino troppo fragili nel bucare a meno che il cubo non abbia dimensioni maggiori) 



Nel cubo di vedono delle spugne che hanno lo scopo di riparare gli amplificatori messi in una tasca all'interno.
I tre buchi dei geofoni devono essere prolungati fino sul lato opposto del cubo di legno con fori da 8-10 mm per permettere l'estrazione del geofono infilando nel buco un tondino di legno per spingere fuori il geofono 


In questo caso il geofono verticale sporge, lasciare uno spessore di 5-10 mm di legno in fondo al buco
Il cubo garantisce l'ortogonalità dei tre geofoni e permette di spalmare in maniera uniforme e precisa le vibrazioni della piastra ai tre geofoni essendo ad essa fissata rigidamente tramite un bullone passante di diametro da 6-8 mm meglio se è di ottone o rame. 


Ogni buco da 26 mm va prolungato fino alla parte opposta con foro da 8- 10 mm per far uscire i geofoni dal buco,  avvolgere del nastro isolante gommato quanto basta al geofono lato spinotti per far entrare con piccolissima pressione nel buco, non troppa, pena la deformazione del cilindro della capsula.



Completato il fissaggio del cubo con bullone centrale da 6 mm con rondella, bloccato da un dado con rondella sotto la piastra.

Meglio se si affonda nel legno il bullone facendo un buco di dimensione della rondella di 1 cm di profondità ( si può usare una rondella a molla perché di diametro più piccolo)
.
Le sacche di spugna con dentro i tre amplificatori vengono posizionati in tre delle 4 vaschette presenti tra il cubo le le pareti laterali della scatola in modo da tenerle riparate, ferme e i fili elettrici raggruppati per evitare vibrazioni dannose.


Fissare su una mensola di compensato da 2,5 mm l'acquisitore Theremino e posizionare il tutto sopra il cubo con dei distanziatori anche di legno incollati alla mensolina, lasciare un quadrante vuoto per la fuoriuscita del geofono e dei cavi di collegamento all'acquisitore 



Fare in modo che la parte alta della USB venga posizionata 2 mm sotto il bordo della scatola, posizionare la mensola a L sul cubo con uno o più tasselli in legno di adeguato spessore.
 Il Theremino fissato alla mensola a L con 2 o 4 bulloni di piccolo diametro , meglio se tra il legno e il Theremino si mettono rondelle di plastica per sollevare il Theremino dal legno ed isolarlo elettricamente, in alternativa  coprire la zona occupata dall'acquisitore  con strisce di nastro isolante gommato. 

  

Il sistema geofono 3D - USB  completo . Nella foto notare la posizione della USB posizionata in un intaglio realizzato nella scatola 2 mm sotto il bordo della scatola. Per terreni soffici è possibile utilizzare bulloni più lunghi



 il sistema geofono 3D - USB  completo pronto per essere connesso al pc



ALTRA SOLUZIONE


Per migliorare ulteriormente la risposta tra la piastra in alluminio e il cubo contenuto nella scatola si è utilizzato bullone centrale che ha il compito di tirante e le 4 brugole sulle quali il cubo poggia grazie all'aggiunta di rondelle a molla  inserite nelle vaschette dei quattro buchi della scatola Gewiss.

La modifica consigliata è quella di asportare parte del fondo della scatola con un seghetto da traforo lasciando una cornice di fondo scatola della larghezza di 1 cm circa.

In questo modo il cubo di legno poggerà direttamente sull'alluminio e non più sulle 4 brugole con i vertici del cubo e tirantato con il bullone centrale con ovvie ripercussioni positive sul segnale.

La scatola avrà solo il compito di rivestimento e protezione del sistema.

Con questa soluzione non è più consigliabile l'uso di piastre in ferro in quanto i geofoni incomincerebbero a trovarsi 0,5 cm più vicini alla massa metallica, per ovviare al problema   i geofoni dovranno essere posizionati almeno 1 cm dal fondo del cubo di legno non più di 8 x 8 x 4 cm  ma di 8 x 8 x 4.5 cm.

IMPORTANTE  
Calcolo spessore della piastra 

Lo spessore della piastra va determinato in modo da raggiungere un pedo massimo di 3 kg e/o un peso minimo di 1,5 kg

pertanto lo spessore minimo sarà dato da

Ptot = peso totale (gr)
Psc = peso scatola con geofoni cubo accessori e puntazze con relativi bulloni (gr)
X = larghezza piastra (cm)
Y = lunghezza piastra (cm)
gamma = peso specifico del materiale usato


legno 0.8 g/cm3            
plexiglass 1.2 g/cm3
alluminio 2.7 g/cm3
ferro 7.7 g/cm3
piombo 11.0 g/cm3    

Peso specifico metalli    si consiglia di usare il platino è quello che pesa di più...!!!!!
    


H = (Ptot - Psc)/(X*Y* gamma )
dove H = spessore piastra ( cm )
Verifica alla  della stabilità

Questa verifica permette di dare un giudizio della stabilità  del sistema ai momenti torsionali, empiricamente facendo il rapporto tra H baricentrico ( verticale )  dal piano di campagna in posizione di lavoro e distanza minima rra i punzoni (cateti del triangolo circoscritto).  
Maggiore sarà tale rapporto migliore è la risposta alle oscillazioni orizzontali dovute  a momenti torsionali che si possono aggiungere alle azioni sismiche orizzontali  che vogliamo misurare alterandone i risultati finali.

Tale rapporto deve essere:

poco stabile    0 - 1
stabile         1 - 2
molto stabile   2 - 3
massimo         3 - 4

NOTA 1)  l' H deve essere comprensiva dell'altezza dei punzoni che devono essere considerati di almeno 3 cm anche se in realtà sono meno lunghi ; nel caso si usino punzoni più lunghi  non va conteggiata la parte che viene infissa nel terreno in tal caso è utile dotati di punte di varia lunghezza.

NOTA 2) Nel caso di una piastra con sopra il cubo di legno eseguire il calcolo dei braccio risultante   
Le verifiche proposte servono per fare un poco di ordine nel marasma delle misure diverse  dei tromografi anche professionali, che possono dare valori in termini di rapporto HVSR a parità di  Hardware in funzione del loro peso , dell'altezza, dell'altezza dei punzoni e di altri fattori.

E' stato sperimentato che lo stesso hardware  montato in maniera diversa  variando solo l'altezza, il diametro dei punzoni, l'altezza baricentrica dei loro componenti si comportano in maniera diversa influenzando  ampiezza HVSR meno la frequenza di risonanza e migliorando o peggiorando il risultato in condizioni anche di piccole brezze.


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Per saperne di più
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