mercoledì 25 febbraio 2015

MANUALE SOFTWARE ESAC


MANUALE SOFTWARE ESAC 
(EXTENDED SPATIAL AUTO - CORRELATION)

Ing. Vitantonio ROMA

www.Masw.it


Il fine di questo sintetico manuale è di dare le indicazioni basilari su come usare il software ESAC e alcuni suggerimenti per ottenere un risultato ottimale.

Sono quindi omessi i fondamenti teorici del metodo, che saranno inseriti in un apposito capitolo del Libro “Caratterizzazione Geotecnica Sismica dei Suoli con il metodo MASW”, che è anche il manuale del software MASW ed è disponibile gratuitamente in pdf sul sito www.masw.it


Esempio di sovrapposiziodi traccia ESAC linee e punti verdi sulla traccia MASW linee e punti rossi,  si può notare il maggior numero d'informazioni ESAC rispetto al MASW  negli strati più profondi al di sotto dei 5-10 HZ .

Metodo ESAC in sintesi 


metodo ESAC è una estensione del metodo SAC (Spatial Auto-Correlation) proposto da AKI nel 1957. Nel metodo SAC i sensori sono disposti in circolo, nel metodo ESAC la configurazione può essere qualunque, anche se nella pratica si usano le seguenti forme: L, T, +, X, triangolo, rettangolo. 

Il metodo ESAC può essere utilizzato per determinare la velocità di fase apparente o effettiva delle onde di Rayleigh a partire dalla misura del rumore ambientale. Dato che il rumore ambientale è in genere caratterizzato da onde a basse frequenze (<10-15Hz), la velocità di fase apparente fornita dal metodo riguarda le basse frequenze e quindi gli strati di terreno o roccia più profondi. In tal senso il metodo ESAC, così come il metodo ReMi, è complementare al metodo MASW attivo eseguito con sorgenti attive comuni (mazza o tripiede con grave). Occorre però evidenziare che il metodo ESAC è da preferire rispetto al metodo ReMi perché offre una curva di dispersione sperimentale ottenuta in maniera oggettiva, contrariamente a quanto avviene nel metodo ReMi, che prevede un picking soggettivo del Professionista della curva di dispersione a partire dallo spettro ReMi nel dominio f-k (frequenza-numero d’onda) oppure f-p (frequenza-lentezza). 


In ogni caso i metodi MASW ReMi, ESAC e anche HVSR sono da considerarsi complementari e non esclusivi l’uno dell’altro, motivo per cui suggerisco di eseguire tutte le prove per poter avere un modello geotecnica-sismico più completo e affidabile. 
Prova in sito 
La prova in sito consiste nel misurare il rumore ambientale tramite sensori verticali (in genere geofoni ) disposti secondo una delle seguenti forme: L, T, +, X, triangolo, rettangolo, cerchio. Occorre prendere nota delle coordinate dei diversi sensori, perché questa informazione è richiesta per la elaborazione dei dati misurati. 

È prassi assumere che la massima profondità investigata sia uguale ad una lunghezza caratteristica della configurazione dei sensori. Per esempio il diametro per una circonferenza, il lato più lungo della L o della T,etc.. 

Ne consegue la scelta della spaziatura tra due sensori consecutivi pari ad una distanza tale da garantire una adeguata dimensione dell’area occupata dalla configurazione dei sensori. 

Personalmente ritengo che la massima profondità investigata dipende dalla più bassa frequenza misurata e dalla sua qualità, che a sua volta dipende non solo dalla lunghezza dello stendimento, ma anche dalla sorgente e dalla qualità del segnale.

Come dire che se ho uno stendimento di 200m, ma eccito il suolo con un martelletto per appendere i quadri in casa, allora non riesco a raggiungere i 200m di profondità. Del resto ho analizzato dati raccolti con uno stendimento di 50m che contenevano frequenze ci circa 2Hz, quindi in grado di fornire informazioni fino a 100m di profondità.


Ai fini pratici consiglio di usare la massima spaziatura possibile oppure se spazio o tempo non sono sufficienti di usare la stessa spaziatura usata per la ReMi, provare e verificare quale frequenza si riesce a misurare e decidere se aumentare la spaziatura sulla base dei risultati.

Il numero di sensori è in genere pari a 12, ma chi ne ha solo 8 non si scoraggi e provi ugualmente.
La frequenza di risonanza dei geofoni: < 4,5Hz


Per sintetizzare:

Spaziatura: >3m
sensori: almeno 12
Tempo di campionamento: 2-5ms o in alternativa
Frequenza di campionamento: 200-500 Hz
Durata del segnale: >15-20 minuti (anche somma di 15-20 segnali di 1 minuto ognuno)

Elaborazione del segnale
La elaborazione del segnale è eseguita tramite il software MASW+ReMi+ESAC.
Il software consente di:

  • sommare diversi files di rumore acquisiti per raggiungere la durata complessiva di almeno 15-20min. è sufficiente aprire i files in sequenze successive 
  • eliminare uno o più sensori registrati, semplicemente omettendo di inserire le coordinate di quei sensori 
  • scegliere la durata della finestra. Se la finestra è troppo ampia (>20sec) può accadere di non raggiungere la convergenza, quindi si consiglia di ridurre la finestra (15sec). 
  • Mostrare la configurazione dei sensori e le tracce 
ll metodo si basa sull’ipotesi di stazionarietà del rumore ambientale nel tempo e nello spazio, quindi occorre verificare che il segnale usato per ESAC sia il più possibile stazionario nel tempo e nello spazio, eliminando se necessario le parti non stazionarie del segnale oppure i ricevitori che evidenziano un segnale diverso dagli altri. A tal fine è consigliabile fare più acquisizioni piuttosto che una unica, in modo da poter eliminare i files dove il segnale è non stazionario.


Picking della curva di dispersione apparente ESAC

Nella fase di picking della curva di dispersione sperimentale apparente complessiva (MASW + REMI + ESAC) da usare poi per l’inversione del profilo di Vs suggerisco di seguire la curva MASW come guida, procedendo quindi dalle alte frequenze verso le basse frequenze. 

Può accadere che a frequenze molto basse la curva di dispersione ESAC presenti un picco massimo, cioè una velocità prima crescente e poi decrescente al diminuire della frequenza. In tali casi consiglio di interrompere il picking in corrispondenza del picco massimo e di tralasciare il ramo discendente alle basse frequenze. Il motivo di tale andamento è dovuto alla perdita di coerenza del segnale, che non è più approssimabile con la funzione matematica assunta dal metodo. 

Processo di inversione e verifica HVSR (Nakamura)

Dopo aver eseguito il picking della curva di dispersione sperimentale apparente il processo di inversione è identico a quello seguito per MASW e REMI.
Consiglio di verificare la compatibilità del profilo ottimale determinato, confrontando il risultato con il metodo HVSR (Nakamura), cioè che la frequenza del picco principale associato al profilo determinato sia sufficientemente vicina alla frequenza di picco principale misurata in sito.

Esempi applicativi

Fare riferimento agli esempi presentati nelle slides al Geofluid 2012, disponibili nella comunità MASW su facebook. Gli stessi esempi (files .mas elaborati e dati misurati in campagna) sono ivi disponibili. Ringrazio il Dr Geologo Santino Notarangelo per aver fornito alcuni degli esempi applicativi.

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