giovedì 18 dicembre 2014

TEST 5 - HVSR E MICROTREMORI - Fabbricato

TEST 5: Acquisizione sperimentale 


TEST di comparazione dati acquisitore sperimentale con acquisitore professionale.

N° canali attivati 3
Asse considerato X Y Z
frequenza di campionamento 500 hz
Durata acquisizione 20 minuti
Frequenza propria geofonI 4,5 hz
Traffico elevato auto e moto
Gain applicato 10.000
Filtraggio software passa banda applicato  0,50 - 100 hz

Acquisitore utilizzato: www.Theremino.com

Note : la prova è stata eseguita al terzo piano ( di 5) di un palazzo in pietra in pieno centro cittadino nei pressi di un balcone.

figura 1) -  spettri asse x, y, z

La prova di durata 20 minuti è tata eseguita con due acquisitori: quello sperimentale, e un ottimo strumento professionale posti nelle immediate vicinanze. 

L'elaborazione è stata fatta selezionando le 30 tracce più significative, non necessariamente nel medesimo istante di registrazione. 

Questo fattore e le diversità hardware e di amplificazione dei 2 acquisitori hanno fatto si di non avere le medesime ampiezze in termini di spettro anche se correlabili tra loro, da tener presente che il fabbricato è posizionato al centro cittadino nelle vicinanze di strade ad intenso traffico. 

In termini di frequenza si hanno gli stessi risultati, da tener presente che la meccanica del geofono 3d dello strumento sperimentale è ancora in fase di messa a punto. 


Appena possibile sarà eseguito un test in campagna in un luogo a basso rumore antropico.

L'ampiezza del segnale acquisito su fabbricati è generalmente 10 - 20 volte più alta di quelle generata  dai microtremori sul terreno a causa dell'altezza del fabbricato, in particolare le azioni orizzontali dovute al rumore antropico e al vento.

In questo caso occorre usare con il prototipo un'amplificazione con gain <=1000 invece dei normali 10.000 x per non mandare il segnale in saturazione 

La prova è stata fatta con gain 10.000 pertanto parte dei segnali acquisiti sono andati in saturazione come si vede dai grafici allegati.

La prova andrà ripetuta con gain minore per poter avere il segnale nella sua completezza.

Ai fini dell'HVSR non interessa l'ampiezza assoluta degli spettri ma dal rapporto vibrazioni delle azioni orizzontali / verticali.

Molto sono i fattori che fanno variare l'ampiezza degli spettri, in particolare i bit dello strumento utilizzato, la durata del sondaggio, il gain applicato, La sensibilità massima dello strumento, la frequenza propria dei geofoni, il decadimento del segnale prodotto dagli amplificatori in funzione della frequenza, il decadimento del segnale prodotto dal geofono al di sotto dei 4,5 hz , ecc.

Per poter avere segnali confrontabili occorre eseguire l'operazione di equalizzazione del segnale acquisito che riporta i dati acquisiti  a sistemi ri riferimento confrontabili, ad esempio accelerazione, velocità, spostamento.    

Nel nostro caso la prova doveva essere eseguita con gain 1000 / 2000 invece dei 10.000 applicati per evitare parziali saturazioni in quanto al terso piano di un palazzo di 5 le vibrazioni misurabili in senso orizzontale sono almeno 10- 20 volte superiori a quelle misurabili sul terreno.

Figura 2) - Grafico HVSR della prova eseguita:
  • con acquisitore sperimentale in alto
  • con acquisitore professionale in basso
  • Stessa acquisizione ( figura 1).
 Il calcolo dell'HVSR , come detto in precedenza rappresenta il rapporto tra le azioni orizzontali  e quelle verticali per cui non è influenzato come nel caso dell'analisi spettrale delle variazioni in termini di ampiezza assoluta degli spettri rilevati per tanto l'operazione di equalizzazione non è necessaria.

Al contrario del precedente confronto degli spettri , figura 1) i due grafici HVSR ottenuti sono sovrapponibili sia in termini di frequenza che di ampiezza nonostante le diversità hardware dei due strumenti utilizzati come si vede nelle seguenti figure....

Figura 3) - Grafico HVSR schematico

Immagine conclusiva sintetica dell'HVSR - stessa acquisizione figura precedente - si nota la perfetta somiglianza delle due acquisizioni.

Sopra il grafico HVSR calcolato con lo strumento sperimentale
Sotto  lo stesso frafico ottenuto  con lo strumento professionale

Al di sotto dei 2 hz il segnale è meno dettagliato per lo strumento professionale forse a causa delle maggiori dimensioni, peso e volumetria dello strumento, nonostante che in tutte e due le elaborazioni sia stato usato lo stesso coeff. di smoothing = 45. 

Avvicinandosi alle basse frequenze lo strumento professionale mostra un aumento dell'allargamento a "ventaglio" del segnale. 

In tutti i casi l'apparente maggior dettaglio sotto 1 hz dello strumento sperimentale è gran parte dovuto anche dal contributo degli spettri iesimi anomali entrati nel "paniere" considerati per eseguire il calcolo.

Tali variazioni sono dovute anche dal fatto che pur selezionando 30 tracce (windows) più significative non è detto che nelle due elaborazioni fatte contemporaneamente vengano selezionate per il calcolo tutte le medesime tracce temporali e quindi gli spetti ottenuti e relativi HVSR non sono perfettamente sovrapponibili. 

Avere due elaborazioni simili e non uguali succede anche eseguendo due o più elaborazioni dello stesso sondaggio acquisito con il medesimo strumento variando anche di poco i parametri di elaborazione e a maggior ragione elaborando due acquisizioni consecutive  eseguite anche in questo caso con il medesimo strumento.

Solo allungando a 30 - 60 minuti la durata dell'acquisizione si ha una maggiore sovrapposizione dei dati acquisiti avendo a disposizione un maggior numero di dati rendendo le operazioni di elaborazione maggiormente affidabili.

Figura 4) Sovrapposizione grafico HVSR ascquisito con:
 tromografo sperimentale   ( blu ) 
 tromografo professionale (rosso)

Nella figura 4) sono stati riportati i valori di HVSR ottenuti con i due strumenti su un grafico frequenza - HVSR, si è nota una differenza media tra i due grafici pari a un fattore 0,09 Hv, normale per aver fatto una acquisizione al 3° piano di un edificio in pietra nel centro città e nelle vicinanze di strade ad intenso traffico.

Si fa presente che le piccole  variazioni tra la traccia rossa e blu si hanno anche quando si elabora lo stesso sondaggio acquisito dal medesimo acquisitore più volte variando anche di poco i parametri di settaggio.....

Appena possibile saranno eseguiti dei test di confrontando in campagna tra il tromografo sperimentale con uno professionale.

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