Indagini MASW e caratterizzazione dei terreni

Le Nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC 14 gennaio 2008), la normativa tecnica europea gli Eurocodici EC 7 e EC 8 e le più avanzate normative internazionali disciplinano la progettazione e la costruzione di nuovi edifici soggetti ad azioni sismiche e la valutazione della sicurezza e degli interventi di adeguamento su edifici soggetti al medesimo tipo di azioni.

Tale norma ha lo scopo di assicurare che in caso di evento sismico sia protetta la vita umana, siano limitati i danni e rimangano funzionanti le strutture essenziali agli interventi di protezione civile.
Fra le novità più importanti della nuova normativa tecnica in materia di progettazione antisismica:

  • Estensione della zonazione sismica a tutto il territorio nazionale;
  • L’abbandono del metodo delle tensioni ammissibili in favore del metodo di verifica agli stati limite su edifici soggetti al medesimo tipo di azioni;
  • Una maggiore attenzione verso una corretta modellazione strutturale;
  • L’apertura verso analisi di tipo non lineare;
  • Ci adegua allo standard europeo e mondiale;

La nuova normativa ha introdotto la classificazione dei suoli per la definizione dell’azione sismica di progetto in 5+2 categorie sulla base della VS30.

Il profilo delle onde di taglio Vs nei primi 30 m di profondità risulta necessario per:

  • valutare l’azione sismica di progetto al livello delle fondazioni di qualunque struttura;
  • valutare il rischio di liquefazione del terreno in sito;
  • valutare rischi di instabilità dei pendii e/o delle opere di sostegno;
  • valutare i cedimenti dei rilevati stradali, delle opere di sostegno, delle fondazioni degli edifici;
  • valutare la trasmissione delle vibrazioni generate dai treni, dalle macchine vibranti, dalle esplosioni in superficie o in sotterraneo, dal traffico veicolare.

Il parametro VS30 è il parametro geofisico che rappresenta meglio la variabilità geotecnica dei materiali geologici presenti nel sottosuolo: rappresenta la velocità media di propagazione delle onde S entro 30 metri di profondità.

È calcolato mediante la seguente espressione:

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Dove:
Vi: velocità delle onde S dello strato i-esimo;
hi: spessore in metri dello strato i-esimo;
N: numero di strati presenti nei primi 30 metri.

In base al valore della VS30 si identificano le seguenti 5 categorie  del suolo di fondazione  (Classificazione del tipo di suolo secondo NTC 14 gennaio 2008):

Suolo Descrizione geotecnica Vs30(m/s)
A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs30 > 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 metri >800
B Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 compresi tra 360÷800 m/s ( ovvero Nstp,30 > 50 nei terreni a grana grossa e Cu30  > 250 KPa nei terreni a grana fine). 360÷800
C Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 compresi tra 180÷360 m/s (ovvero15 < Nstp,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 <   Cu30  <  250 KPa  nei terreni a grana fine). 180÷360
D Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 metri, caratterizzati da  un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche  con la profondità e da valori di Vs30 < 180 m/s (ovvero Nstp,30 < 15 nei terreni a grana grossa e    Cu30  <  70 KPa  nei terreni a grana fine). <180
E Terreni dei sottosuoli di tipo C o D con spessore non superiore a 20 metri posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s).  
S1 Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs30 < 100 m/s ( ovvero 10 KPa <  CU, 30 < 20 KPa , che includono uno strato di almeno 8 metri di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 metri di torba o di argille altamente organiche.  
S2 Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti <100

Le tecniche investigative per l’acquisizione di questo parametro sono essenzialmente di tre tipi:

• Prove in foro (down hole e cross hole);

• Profili sismici (riflessione o rifrazione) con geofoni orizzontali ed energizzatori di onde SH;

• Modellazione del sottosuolo mediante l’analisi delle onde di Rayleigh (SASW,MASW e Refraction Microtremor) e l’impiego di geofoni verticali.

La tecnica MASW, utilizzata per il presente studio, consente una modellazione del sottosuolo mediante l’analisi delle onde di Rayleigh.Le onde di Rayleigh sono generate dall’interazione tra onde di pressione (P)  e le onde di taglio verticali (SV) ogni qualvolta esiste una superficie libera in un mezzo omogeneo ed isotropo.

Alla superficie libera hanno moto ellittico retrogrado (moto antiorario) che si inverte ad una profondità di λ/2π : possono esser viste come la sovrapposizione di due componenti separate, una longitudinale e l’altra trasversale, che si propagano lungo la superficie con la stessa velocità ma con differente attenuazione con la profondità.

Tali onde vengono considerate perché la percentuale di energia convertita in onde di Rayleigh è di gran lunga predominante (67%) rispetto  a quella coinvolta nella generazione e propagazione delle onde P (7%) ed S (26%).

La propagazione delle onde di Rayleigh – anche se influenzata dalla Vp e della densità – è funzione innanzitutto della VS (parametro di fondamentale importanza nella caratterizzazione geotecnica di un sito).

La tecnica MASW può essere schematizzata in tre punti:

1.L’ acquisizione dei dati di campo: utilizzo di una sorgente attiva per l’energizzazione, acquisizione dei dati con comuni geofoni a componente verticale particolarmente sensibili alle basse frequenze, geofoni da 4.5 Hz, registrazione simultanea di 12 o più canali.

2.determinazione della Curva di Dispersione (valutazione dello spettro di velocità);

3.inversione della curva di dispersione interpretata per ottenere il profilo verticale delle Vs che descrive la variazione di Vs con la profondità.

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Seguono i tabulati ed i grafici della stesa MASW eseguita: