Libro - Manuale masw - vs30

Caratterizzazione sismica dei suoli con il metodo

MASW 

(Multichannel Analysis of Surface Waves)

Copyright Roma Vitantonio

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Per completezza visitate anche il sito

www.masw.it

Si osservi che:

· anche se non specificato le onde di taglio da considerare sono quelle verticali, assumendo che il moto sismico si propaghi in un piano verticale dal basso verso l’alto all’interno di un semispazio stratificato

· la Vs30 non è una semplice media aritmetica delle Vsi dei singoli strati, ma è una velocità “equivalente” nei primi 30m di profondità · la normativa, in assenza del valore della Vs30, prevede la possibilità di stabilire la categoria di suolo sulla base dei valori del numero di colpi Nspt (per i soli terreni prevalentemente granulari) o della resistenza al taglio non drenata Cu (per i soli terreni prevalentemente coesivi). Questa alternativa lasciata dalla norma non risulta

economicamente vantaggiosa rispetto alle tecniche sismiche di superficie ed è sconsigliata dall’autore, perché introduce numerose incertezze. Infatti la prova SPT e la resistenza al taglio non drenata Cu sono solo indirettamente collegate alle caratteristiche di propagazione delle onde sismiche nei suoli ed inoltre il ricorso ai valori di Nspt e di Cu potrebbe risultare non agevole in diverse situazioni: es. in presenza di alternanza di strati granulari e coesivi entro i primi 30m, valori di SPT a rifiuto localizzati solo a certe profondità per presenza di blocchi , valore di Cu dipendente dal livello di deformazione e quindi della tecnica di indagine seguita per la sua determinazione, etc.

· la classificazione sismica del tipo di suolo non può sempre essere eseguita conoscendo il solo valore della velocità Vs30, infatti per classificare suoli definiti S1 e S2 dalla normativa sono necessarie indagini ed analisi specifiche che riguardano in particolare la conoscenza dei parametri di resistenza. Questa osservazione conferma che la caratterizzazione geotecnica di un suolo è il risultato delle informazioni raccolte a seguito di una campagna di diverse indagini, da intendersi complementari piuttosto che esclusive le une rispetto alle altre.

Video demo prove MASW - microtremori - VS30

DAL SITO

WWW.MASW.IT

 

PARTE 1°

 
PARTE 2°

PARTE 3°

Risposta Sismica Locale (RSL)

geocorsi.it

L’importanza delle analisi di Risposta Sismica Locale (RSL) per la valutazione dell’azione sismica di progetto ai sensi delle NTC2008

02/03/2016

La valutazione dell’azione sismica di progetto ai sensi di quanto esposto nelle NTC2008 deve essere svolta in maniera rigorosa. La norma, infatti, cita al cap.3.2.2 “Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi, come indicato nel §7.11.3….”.

In assenza di tali analisi è possibile, per determinati assetti sismostratigrafici, ricondursi per la stima dell’azione sismica all’approccio semplificato costituito dall’utilizzo delle categorie di sottosuolo.

Tale approccio consente, con una procedura semplificata comparabile all’utilizzo di un abaco, di ottenere unavalutazione dell’azione sismica sulla base di un parametro stimatore (Vs30) molto discusso dagli specialisti del settore.

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Time sampling - intervallo di campionamento (ms)

TIME SAMPLING

 

Questo parametro è necessario per impostare correttamente l'elaborazione di un sondaggio MASW, per definizione è il tempo espresso in millisecondi trascorso per acquisire un dato dal sismografo. 

Tale valore normalmente viene fornito dalla scheda tecnica fornita con il sismografo o dal menu di acquisizione quando è possibile cambiare le frequenza di campionamento, se il dato non è disponibile da menu si può calcolare conoscendo la frequenza di campionamento del sismografo ed è pari a all'inverso della frequenza di campionamento espresso in frazione di ms. 

TS= 1 / hz * 1000 

dove TS= time sampling ; hz la frequenza di campionamento in hz impostata 

Per i sismografi che hanno una sola frequenza di campionamento non ci sono problemi il TS è unico per tutte le prove a prescindere dal numero di campioni acquisiti e/o dalla durata dell'acquisizione. 

Se il programma di acquisizione non prevede la registrazione della frequenza di campionamento consiglio d'inserire le impostazioni del sondaggio nel nome del file: esempio Imperia_2_A_3000 HZ, in tale modo sarà impossibile fare confusione in fase di elaborazione ( dove Imperia è il nome del sondaggio, 2 il n° del sondaggio, A= in questo caso battuta di andata, R= battuta di ritorno, C = battuta centrale ecc e 3000 hz = la frequenza di campionamento ). 

Per verificare se il tempo TS impostato è corretto è sufficiente controllare che sul grafico che mostra le tracce del sismogramma sulla scala dei tempi la durata dell'acquisizione sia la medesima di quella utilizzata per fare l'acquisizione, se i tempi coincidono i TS impostato è quello giusto. 

I valori generalmente oscillano tra 2 con frequenza di campionamento 500 hz, fino ad un massimo di 0,01 con frequenza di Campionamento di 10000 hz. 

La scelta di tale valore è legato alle caratteristiche del sismografo utilizzato, in particolare dal numero di campioni che può fare e dalla durata dell'acquisizione. 

Quando il sismografo lo permette è consigliabile usare frequenze di campionamento intorno a 2000 / 3000 hz e durata 1/2 secondi, altrimenti si può scendere a 500 /1000 hz e durata da 0,5 - 1 secondo.( per stese inferiori a 30 metri ) 

Importante è registrare di tutto il segnale prima che torni ad essere quasi piatto ( onde riflesse), in tal caso ( se il programma masw utilizzato lo permette ) si consiglia di impostare un tempo più lungo di quello realmente eseguito durante l'acquisizione del dato, in questo modo l'analisi di spettro 

FREQUENZA DI RISONANZA DEL TERRENO

 

Secondo la teoria HVsr

vs = 4 * hz * h

dove

hz = frequenza

h = spessore dello strato considerato

Vs strato 1 = 300 spessore = 18 m dopo i 18 metri substrato roccioso

hz di risonanza è di 4.16 hz

La formula è valida solo se siamo in presenza di due strati ( coltre e substrato roccioso )

I risultati sono validi in base all'ipotesi su cui si basa il metodo, applicando altre metodologie meno semplicistiche tale valore differisce.

Ciò che è è più complicato da calcolare situazioni multistrato e l'incremento sismico dovuto alla risonanza del substrato della risonanza che dipende da:

- differenza di rigidità tra il substrato roccioso e gli strati superficiali.

- dal rapporto H/V va riferito oltre che allo spessore degli strati anche alla distanza dei medesimi dal piano di fondazione

- dalla scelta della stratigrafia schematica che si prende in esame

Altro importante elemento poco considerato dal legislatore è la profondità del bulbo di fondazione dell'edificio, si parla tanto di vs30 ma sarebbe stato meglio parlare di VS10 , VS20, VS30 e pechè no di VS40, 50... in funzione della tipologia fondazionale dell'edificio, e le sue dimensioni.

Per una casa di 10 x 10 metri il bulbo di fondazione può essere stimato in maniera empirica ( se ricordo bene ad 1/2 della larghezza del fabbricato) pertanto la struttura viene maggiormente eccitata quando si ha lo strato rigido ad una profondità simile a quella del bulbo di fondazione dell'edificio, situazione più peggiorativa se il terreno e il fabbricato hanno frequenze uguali.

Non è detto che si abbiano risonanze doppie in corrispondenza di spessori diversi tra bulbo di fondazione e spessore della coltre, in tutti i casi l'effetto sarà meno dannoso che nel caso precedente.

Se ipotizzando una struttura con frequenza di risonanza di 10 hz, e uno spessore delle coltri di 10 metri i massimi danni si avranno con una Vs del terreno pari a 4 * 10 * 10 = 400 ms ( i dato è stato calcolato empiricamente con la formula hvsr.

Se invece abbiamo un palazzo di 10 piani con una frequenza propria di 1 hz, un bulbo di fondazione di 25 metri la situazione peggiore si ha quando il substrato è alla profondità di 25 metri e la Vs delle coltri è pari a a * 25 * 10 = 100 ms

- per quanto detto sopra non bisognerebbe parlare di vs30 ma di vs10 nel primo caso, vs 25 nel 2° caso di vs 20 - 100 per un palazzo o un grattacielo

- importante che la VSxx venga definita dal piano di fondazione dell'edificio, pertanto prima di fare le indagini il geologo dovrebbe già sapere la tipologia della struttura che si vuole realizzare.

L'ideale sarebbe abbinare al MASW - REMI anche prove HV finalizzate solo alla determinazione della frequenza di risonanza delle strutture nel caso di opere di consolidamento e per determinare sperimentalmente la frequenza di risonanza del terreno e confrontarla con quella ottenuta dalle prove MASW REMI.

Le considerazioni sono state fatte accettando per buona la metodologia HVSR,

VS= 4 x hz x h e schematizzando secondo i seguenti criteri:

stratigrafia con Vs costante nell'intervallo considerato

strati isolati dagli strati soprastanti e sottostanti

assenza di fenomeni di filtraggio quando la frequenza di risonanza attraversa lo strato superiore ,

ecc

Ammesso di aver eseguito un MASW, o una prova HVSR quale attendibilità possono avere i dati se il piano di posa della struttura viene posizionata 10 metri sotto il piano di campagna ove sono state eseguite le prove sismiche?.

Occorre in questi casi eseguire una prova MASW di 40 metri di profondità e calcolare la vs30 partendo dalla -10 metri fino a - 40 metri

In tutti i casi la risposta sismica del terreno è diversa tra il momento quando nel sito non esisteva ancora un fabbricato e dopo la realizzazione dell'edificio.

Per le prove HVSR occorre attendere (non è sempre possibile) che queste vengano fatte quando è stato eseguito lo sbancamento altrimenti non so quale attendibilità possano avere nel caso in cui il substrato roccioso è a profondità di - 10 - 30 metri rispetto al piano di campagna originario (i dati si riferiscono al caso precedentemente descritto).

Purtroppo ogni metodologia d'indagine indiretta ha i suoi limiti, ha degli aspetti positivi e altri negativi, importante è che l'utente li conosca li confronti con gli altri metodi, ne valuti l'attendibilità anche in situazioni stratigrafiche, spessori e litologie diverse per dar loro il peso che meritano.

Importante che non succeda ciò che mi e capitato quando ho realizzato il mio primo programma d'interpretazione di sondaggi sismici: sono stato criticato che il programma era meno preciso rispetto a quello di una ditta americana in quanto il mio dava la profondità arrotondata al decimetro mentre quello americano al centimetro...... la costa è stata felicemente risolta aggiungendo altre 2 cifre decimali al risultato indicando così la profondità dello strato in mm .