PROTOTIPO 6 - tromografo sperimentale per HVSR

INDICAZIONI DI MASSIMA 

PER IL DIMENSIONAMENTO OTTIMALE

DEL GEOFONO 3D SPERIMENTALE

la presente pagina in futuro sarà migliorate e completata, quanto scritto va ancora revisionato e verificato, possibile presenza di errori,  se avete delle osservazioni o se qualcosa non è chiaro contattare dolfrang@libero.it

L'articolo è ancora da completare e da verificare e da ottimizzare i parametri di stabilità che permettono di capire se il sistema migliora o peggiora in base alle dimensioni o al peso  come stabilità di appoggio e alla resistenza al vento in maniera empirica in quanto moltissimi altri sarebbero i parametri da considerare e il calcolo molto più complesso.

Calcolo spessore della piastra 

il calcolo serve per determinare lo spessore ideale per realizzare un geofono 3d  richiesto - ( valori 1,5 - 3,5 kg )

Lo spessore della piastra  P1  va determinato in modo da raggiungere un peso massimo di 3 kg e/o un peso minimo di 1,5 kg ( ti tutto il geofono 3D compresi gli accessori 

pertanto lo spessore minimo sarà dato da 

Ptot = peso totale geofono 3D in grammi   
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 dipiù...
Peso specifico legno e legnami
  

H = (Ptot - Psc)/(X*Y* gamma )

dove H = spessore piastra ( cm )

esempio di calcolo 1  piastra con sopra la scatola contenente i geofoni ;

Peso totale a cui si vuole arrivare del geofono 3d  = 1800 g = Ps

Peso accessori scatola superiore con geofoni accessori 800 g  P2

pesp accessori e scatola grande 300 gr

peso scatola PS = 800+ 300 = 1100 gr

ipotizzando

L1 larghezza massima piastra   = 13 cm
L1 larghezza minima piastra    = 13 cm

H = (2500 - 1100 ) /( 13 x 13 * 0,7 ) =   6 cm per piastra di legno

H= (2500 - 1100 ) /( 13 x 13 * 1.2 ) =   3,5 cm per piastra di plexiglass

H= (2500 - 1100 ) /( 13 x 13 * 2,7 ) =   1.5 cm per piastra di alluminio

H= (2500 - 1100 ) /( 13 x 13 * 7.5 ) =    0.5 cm cm per piastra ferro *

* in questo caso conviene i che i geofoni siaano posizionati almeno 2 cm dal ferro per evitare interferenze magnetiche

esempio di calcolo 2  piastra contenete i geofoni;

Peso totale a cui si vuole arrivare del geofono 3d = 1800 g = Ps
pesp accessori e scatola grande 300 gr
peso scatola PS = 800+ 300 = 1500 gr

ipotizzando L1 larghezza massima piastra = 13 cm
L1 larghezza minima piastra = 13 cm

H = (2500 - 1500 ) /( 13 x 13 * 0,7 ) = 9,5 cm per piastra di legno
H= (2500 - 1500 ) /( 13 x 13 * 1.2 ) = 5.0 cm per piastra di plexiglass


Per raggiunger il peso di 2,8 cm lo spessore non non raggiunge H > 4 cm pertanto non è possibile utilizzare la soluzione con il peso e le dimensioni della piastra desiderata. 

Verifica alla della stabilità

Questa verifica permette di dare un giudizio della stabilità del sistema ai momenti torsionali, facendo empiricamente  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.

VALUTAZIONE ALLA RESISTENZA AL VENTO

Se si vuole valutare la stabilità del sistema in condizioni di vento si può moltiplicare il peso totale del sistema x il fattore di stabilità

In questo modo si ottiene un peso equivalente, tanto sarà maggiore , migliore sarà la risposta del segnale in condizione di vento

  

poco stabile al vento            0  - <     3000

 stabile al vento                  3001 - <   6000

molto stabile al vento        6001 - <   8000

massimo                             8001 - < 10000

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.

esempio di calcolo 1 - piastra con sopra la scatola contenente i geofoni - peso tot 2100 g;

calcolo del momento della scatola  e della piastra ( sotto)

ipotizzando  H1 = 5 cm  e h2 =  cm

peso P1 = 1000 gr  e P2= 800 

H punzoni 3 sm

si avrà   un momento  

M1 = ( 3.0   +   5.0 / 2   )* 1300 = 9.759

M2 = ( 3.0 + 5 .0 + 7.0 /2 )*  800 = 6.800 

totale momento                     =16.559

calcolo braccio risultante = momento totale / peso

16559 / 2100 = 6 cm = braccio risultante   

se rapportiamo  la distanza media sei puntali tra loro/ braccio risultante troveremo un numero adimensionale che ci darà un fattore di stabilità.

ipotizzondo che i puntali siano a 10 cm di distanza  il 

Fs= 10/ 6= 1.6     

stabile 1 - <2

resistenza al vento 1,6 x 2100 = 3360 ( peso equivalente )

esempio di calcolo 2 - piastra con H1 = 4 cm con inseriti dentro i geofoni - peso 1500 g

In questo caso non occorre calcolare il momento , il calcolo si semplifica

braccio =  h + h1/2= 3+  4/2)=  5 cm

ipotizzondo che i puntali siano a 10 cm di distanza  il 

Fs= 10/ 5= 2.0  

molto stabile   2 - <3

resistenza al vento 2,0 x 1500= 3000 ( peso equivalente ) 

stabile al vento              2500  -  <   5000

Non avendo sovrapposto il cubo piccolo sopra la piastra come nel caso precedenti si è calcolato solamente il momento , pertanto Il  Fs  è migliorato passando da 1,5 a 2