Indagini ambientali, sismiche e idrogeologiche a Castelnuovo di Garfagnana (LU)
Affidarsi a Pro. Geo. significa avere la certezza di ricevere un servizio svolto in maniera impeccabile da professionisti specializzati e che dedicano la massima passione e cura per la propria attività. Con sede a Castelnuovo di Garfagnana, in provincia di Lucca, la nostra società svolge indagini ambientali, sismiche e idrogeologiche e fornisce consulenze in ambito ambientale, geologico e geotecnico. La nostra società opera prevalentemente per aziende ed enti pubblici e privati, utilizzando le attrezzature più moderne e sofisticate e rispettando le normative nazionali e internazionali che regolano il settore.
Prove penetrometriche
Prove penetrometriche dinamiche
Penetrometri in dotazione:
- TECNOTEST TP223: penetrometro dinamico medio (DPM, classificazione ISSMFE 1988), dotato di centralina oleodinamica con motore a scoppio 4 tempi - 3,5 HP. Peso del maglio 30 kg; punta a sezione di 10 cmq ed angolo di apertura 60°.
- PAGANI TG 63-200: penetrometro statico-dinamico superpesante (DPSH, classificazione ISSMFE 1988), semovente ed auto-ancorante, dotato di centralina oleodinamica con motore a scoppio 4 tempi - 18 HP. Peso del maglio 63,5 kg; punta a sezione di 20 cmq ed angolo di apertura 90°.
Le prove penetrometriche dinamiche sono molto diffuse ed utilizzate nel territorio da geologi e geotecnici, data la loro estrema semplicità esecutiva, economicità e rapidità di esecuzione.
Prove penetrometriche statiche (CPT)
La prova penetrometrica statica CPT (di tipo meccanico) consiste essenzialmente nella misura della resistenza alla penetrazione di una punta meccanica di dimensioni e caratteristiche standardizzate, infissa nel terreno a velocità costante (2 cm/sec). Nelle prove con la punta meccanica Begemann, le grandezze Qc (resistenza in punta), Fs (attrito laterale) e Qt (resistenza totale) vengono misurate per mezzo di una cella di carico e visualizzate sul display della scheda elettronica di acquisizione.
Spinta penetrometro statico Pagani TG63-200: 200 kN.
Sia nel caso di prove penetrometriche dinamiche, sia nel caso delle prove penetrometriche statiche, è possibile inserire nel foro di prova un tubo piezometrico per la successiva e periodica misura del livello di falda acquifera.
Prove penetrometriche statiche con piezocono (CPTU)
Il Penetrometro statico Pagani TG63-200 può essere attrezzato con piezocono, punta conica dotata di sensori che permettono la misura della resistenza alla punta (Qc), dell’attrito laterale (Fs), della deviazione dalla verticale (Tilt) e delle pressioni interstiziali (U2 = U0+Δu).
I dati ottenuti con le prove penetrometriche statiche con piezocono risultano migliori, sia in termini di precisione di misura, sia come frequenza di campionamento; in tali prove, infatti, è possibile acquisire, durante il movimento di spinta, la misura in continuo (ad ogni centimetro di profondità) delle grandezze Qc (resistenza in punta) ed Fs (attrito laterale), a differenza dei 20 centimetri di passo di lettura ottenibili con la prova statica con punta meccanica di tipo Begemann.
Al tempo stesso, l’inclinometro alloggiato nella punta stessa permette di misurare la deviazione dalla verticale e di correggerne gli errori conseguenti.
La punta conica, inoltre, è dotata di elemento poroso di acciaio posizionato attorno al cono (filtro), il quale permette di misurare e registrare la pressione interstiziale dei pori (U2), sia in continuo durante l’avanzamento delle aste, sia ad una determinata profondità rispetto al piano di campagna. La misura delle pressioni interstiziali è molto importante in terreni sotto falda perché permette il calcolo della permeabilità e della natura del terreno stesso.
Grafici di visualizzazione dei dati registrati durante la prova penetrometrica CPTU
Oltre alla determinazione della stratigrafia, la prova CPTU permette l’esecuzione della prova di dissipazione, attraverso la quale è possibile ricavare una stima delle caratteristiche di permeabilità e di consolidazione dei terreni attraversati.
La prova di dissipazione viene eseguita sotto il livello di falda, registrando il tempo impiegato per la dissipazione delle sovrappressioni createsi durante l’infissione della punta conica.
La dissipazione ha inizio con l’arresto dell’infissione e la registrazione nel tempo della pressione interstiziale (U2); questa inizia a decrescere dal valore iniziale (Ui) verso il valore di equilibrio corrispondente alla pressione idrostatica (U0). Dalla velocità di dissipazione è possibile ricavare il coefficiente di consolidazione correlato alla compressibilità e alla permeabilità del terreno.
Attrezzatura per prova CPTU (in dotazione al Penetrometro Pagani TG63-200):
Sistema di acquisizione TGAS06: permette di acquisire i dati registrati dalla punta conica.
Encoder (trasduttore di profondità): anch’esso collegato al sistema TGSA06 e reso solidale al sistema di spinta, fornisce la profondità reale della punta e la velocità di avanzamento.
Alimentazione elettrica: il sistema viene alimentato elettricamente dalla batteria del penetrometro, tramite una presa montata di serie.
Adattatore per aste: collega meccanicamente il piezocono alle aste di spinta.
Software TGSW03: permette la registrazione e la visualizzazione dei dati in tempo reale su PC collegato, in modo tale da poter seguire la prova e visualizzare eventuali anomalie.
Monitoraggi geologici, ambientali e sulle strutture
Letture inclinometriche
Le misure inclinometriche consistono nel rilevare, ad intervalli costanti di profondità, le deviazioni (inclinazioni) fra l’asse di una sonda, che viene calata all’interno di un tubo guida reso solidale al terreno e la verticale. Le caratteristiche del tubo guida e della sonda permettono di ripetere le misurazioni sempre in corrispondenza degli stessi punti, consentendo il rilievo ed il confronto in tempi successivi degli spostamenti orizzontali del terreno eventualmente verificatesi.
Questo tipo di monitoraggio ha acquisito una notevole diffusione, sia in fase di studio e progettazione di interventi di consolidamento di aree instabili, sia come strumento di controllo e sorveglianza di pendii potenzialmente instabili, rilevati, dighe, scarpate, scavi, opere di sostegno (piloni, paratie, palificate, cordoli), ecc.
La strumentazione di acquisizione è composta da una sonda inclinometrica, che viene calata in un tubo guida, da una centralina di lettura digitale e da un cavo di collegamento marcato per tutta la sua lunghezza. La sonda è dotata di sensori di rotazione a gravità (servo-accelerometri), che generano ciascuno un segnale elettrico proporzionale all’angolo nel piano del sensore stesso, fra la verticale e l’asse dello strumento. Tale segnale viene trasmesso, attraverso il cavo, alla centralina in superficie ove viene digitalizzato. La lettura viene effettuata ad intervalli regolari, in genere, pari alla distanza fra le ruote di guida della sonda o al doppio di essa (50 cm o 100 cm) se non è richiesta una precisione più elevata.
Attrezzatura in dotazione: Data Logger OTR OG387 e Sonda Inclinometrica OTR OG310S
Le sonde inclinometriche (“inclinometri”) della serie OG310, prodotte dalla ditta OTR s.r.l. di Piacenza, sono apparecchiature dotate di servo-inclinometri inerziali con uscita analogica.
Il cavo utilizzato per queste sonde è dotato di tacche termosaldate che facilitano la misura. I dati rilevati con le sonde della serie OG310 possono essere letti manualmente da centralina con doppio display della serie OG380 o con sistemi di acquisizione dati OG387.
Sono utilizzati solo ed esclusivamente servo-inclinometri (servo-accelerometri) con bassissima deriva termica (<100 ppm/°C).
Misure piezometriche
Le misure del livello della falda acquifera permettono il monitoraggio dei corpi idrici sotterranei, con lo scopo di valutare quantitativamente e qualitativamente le risorse a disposizione e di mantenere un controllo continuo sulla loro evoluzione nel tempo; questo consente di programmare in modo razionale e sostenibile il loro utilizzo e per intervenire tempestivamente ed adeguatamente in situazione di sofferenza idrica, di calamità idrogeologica o di inquinamento.
Le letture vengono effettuate tramite l’utilizzo del freatimetro; questo strumento permette di misurare, all’interno di fori di sondaggio o di prova penetrometrica, appositamente attrezzati con tubo piezometrico, la distanza tra il piano campagna ed il livello di falda acquifera.
Strumento in dotazione: Freatimetro OTR OG10
Il freatimetro OG10 è uno strumento molto semplice prodotto dalla OTR s.r.l. di Piacenza, che trova applicazione ovunque si voglia misurare la profondità della falda acquifera tramite piezometri; la misura si esegue calando la sonda nel piezometro fino a quando un segnale acustico e luminoso indicherà l’avvenuto contatto con l’acqua nel foro. Le tacche centimetrate presenti sul cavo permetteranno di leggere la misura della profondità di falda dal piano di campagna.
Per una maggiore robustezza del sensore il cavo del freatimetro OG10 è cilindrico.
La ditta dispone di due freatimetri dotati rispettivamente di cavo da 100 m e 200 m di lunghezza.
Monitoraggio ed analisi di vibrazioni
Con la stessa strumentazione utilizzata per le misure di rumore ambientale a stazione singola (metodo HVSR), attraverso altri tipi di software, è possibile eseguire, in conformità con le norme di riferimento (UNI 9916, DIN 4150.3), il monitoraggio e l’analisi di vibrazioni su strutture civili ed industriali, oltre che il controllo di attività di cava, di cantieri, di traffico veicolare e di molteplici altre situazione nelle quali è necessario conoscere e monitorare i livelli di vibrazione (velocità di vibrazione).
Come detto, per tale monitoraggio ci si avvale dello strumento acquisitore a 24 bit SOLGEO “Dymas-24” ad alta risoluzione ed ampio spettro in frequenza (DC÷4000 Hz), già descritto in precedenza al paragrafo riguardante le misure di rumore ambientale (HVSR); esso, infatti, è configurabile, a 3 o 6 canali, anche per il monitoraggio in continuo di vibrazioni, con possibilità di essere lasciato sul campo per giorni, senza la necessità di un PC collegato.
Ad esso possono essere collegati uno o due velocimetri triassiali SOLGEO “Veloget3D” (stessi sensori in dotazione per le misure HVSR); l’utilizzo di due rilevatori in registrazione contemporanea, infatti, è frequente nel caso di monitoraggio di edifici, dal momento che in questo caso è necessario registrare la velocità di vibrazione in corrispondenza del piano di fondazione e di un piano elevato, secondo quanto richiesto dalla normativa di riferimento.
Generalmente i danni strutturali ad edifici, attribuibili con chiarezza a fenomeni vibratori, sono abbastanza rari; sono invece più frequenti danni definiti “di soglia”, che senza compromettere la sicurezza strutturale degli edifici, ne possono determinare una riduzione del valore d’uso (si tratta, ad esempio, di apertura di fessure nell’intonaco, di accrescimento di fessure già esistenti, di danneggiamenti di elementi architettonici).
Conseguentemente la misurazione delle vibrazioni degli edifici è diventata un problema di rilevante importanza; la velocità è la grandezza normalmente utilizzata per definire valori di riferimento nella valutazione del danno in quanto è direttamente legata all’energia cinetica.
La normativa fa riferimento alla “peak component particle velocity” (p.c.p.v.), definita come il valore massimo del modulo di una delle tre componenti ortogonali misurate simultaneamente in un punto; essa prevede che le misurazioni siano effettuate secondo tre assi mutuamente ortogonali: un asse ha direzione verticale, le due componenti orizzontali vengono disposte preferibilmente parallele/ortogonali ai muri del manufatto.
La stessa normativa suddivide gli edifici in tre classi:
1) costruzioni industriali, edifici industriali e costruzioni strutturalmente simili;
2) edifici residenziali e costruzioni simili;
3) costruzioni che non ricadono nelle classi 1 e 2 e che sono degne di essere tutelate (per esempio monumenti storici).
Per ciascuna delle classi sono previsti dei valori di riferimento, al di sotto dei quali, salvo casi particolari, è ragionevole presumere che non vi sia danno; d’altra parte va considerato che il superamento dei limiti indicati nelle tabelle di riferimento non implica necessariamente il verificarsi del danno, ma è un segnale della necessità di indagini più approfondite.
I dati acquisiti, opportunamente elaborati, consentono di rappresentare i valori di oscillazione massima ed i valori di picco delle velocità di vibrazione, singolarmente suddivisi per ogni canale di acquisizione; contemporaneamente, su ogni singolo canale, viene determinato il valore della frequenza dominante.
Per ciascun evento registrato o selezionato (come quello maggiormente significativo), inoltre, viene fornito un elaborato grafico riassuntivo, dove vengono riportati i valori del modulo di “peak component particle velocity” (p.c.p.v.) registrati su ogni singola componente e le relative frequenze dominanti; nello stesso grafico, infine, viene mostrato il confronto tra gli stessi valori di p.c.p.v. ed i valori di soglia previsti dalla normativa UNI 9916 - DIN 4150.3.
Indagini geoelettriche
I metodi di prospezione geoelettrica permettono di indagare il sottosuolo utilizzando il parametro fisico resistività elettrica (r), caratteristico delle formazioni che costituiscono il sottosuolo; la resistività è un parametro indipendente dalle caratteristiche geometriche della formazione litologica cui si riferisce ed è definito come la resistenza elettrica per unità di volume.
Ogni corpo roccioso presenta un ampio campo di variabilità dei propri valori di resistività; essi dipendono dal grado di omogeneità, dal livello di alterazione e, per rocce litoidi, dal grado di fatturazione.
Nel caso di terreni sciolti, quali i depositi alluvionali recenti, la resistività dipende dalla loro granulometria, dai fluidi in essi contenuti e dal quantitativo in sali disciolti. A questa regola fanno eccezioni le argille che, se compatte, hanno sempre valori di resistività estremamente bassi; questo è dovuto principalmente alle caratteristiche del reticolo cristallino dei minerali che le compongono ed al loro grado di saturazione.
L’indagine geofisica di tipo geoelettrico viene eseguita immettendo nel suolo una corrente elettrica di intensità nota e misurando la resistenza offerta dal suolo al passaggio della corrente. La conducibilità elettrica è funzione della natura litologica, chimica e idrochimica del terreno. Variazioni laterali nella conducibilità possono inoltre essere attribuite alla presenza di materiali sepolti.
Strumentazione utilizzata
- n. 1 georesistivimetro digitale multicanale per la registrazione dei dati (Ambrogeo MANGUSTA System MC48/E), le cui caratteristiche tecniche sono riportate nella scheda di Fig. 1.
- n. 1 sistema di energizzazione AC/DC 12-200V.
- n. 2 cavi elettrici multiconduttori, ciascuno con 24 attacchi per elettrodi (take-out) ed equidistanza massima fra elettrodi pari a 5 metri.
- n. 48 elettrodi in acciaio.
- n. 48 cavetti di collegamento cavo/elettrodo.
- Batteria di alimentazione elettrica a 12V da collegare all’energizzatore.
- Software di acquisizione “Ambrogeo - MC Mangusta System”.
Modalità di acquisizione dei dati di sezioni geoelettriche 2D
Il sistema dei profili elettrici superficiali con dispositivo (array) multielettrodo rappresenta una metodologia innovativa delle misure geoelettriche classiche.
La tomografia di resistività elettrica (ERT) consiste nella caratterizzazione geoelettrica e dimensionale, con elevato dettaglio, delle strutture presenti lungo sezioni bidimensionali; il sistema permette di ricostruire la distribuzione spaziale in due dimensioni della resistività reale nel sottosuolo con una risoluzione che dipende dalla distanza tra gli elettrodi e dal tipo di array.
L’acquisizione dei dati, molto complessa, viene gestita completamente da una apposita strumentazione (georesistivimetro multicanale) in grado di acquisire 48 canali simultaneamente e di comandare automaticamente l’inversione della corrente, ovvero di avere la possibilità che ciascuna coppia di elettrodi collegati, a seconda del momento, possa funzionare sia per l’immissione di corrente nel terreno, sia come elettrodi di misura.
Prima di eseguire la misura è necessario conoscere gli scopi e gli obiettivi da raggiungere attraverso l’indagine, cosi da impostare in maniera adeguata la particolare scelta del tipo di dispositivo (array) da utilizzare, in funzione ovviamente anche del contesto lavorativo, come lo spazio a disposizione e la logistica.
Ogni tipo di array ha un proprio utilizzo ottimale in determinate condizioni geologiche, in base alla sua sensitività. La sensitività è un indice di quanto un cambiamento di resistività del terreno influenzi la misura di potenziale, e risulta con questo in relazione di proporzionalità diretta.
Di seguito vengono riassunte in breve le principali caratteristiche degli array più comunemente utilizzati.
I dispositivi Wenner e Schlumberger sono di tipo simmetrico; in entrambe le configurazioni gli elettrodi di corrente (A e B) sono posti esternamente agli elettrodi di potenziale (M e N).
Negli array sopra menzionati lo strumento misura attivando lungo lo stendimento 4 elettrodi per volta, inviando corrente ai due esterni e misurando il potenziale tramite i due centrali; lo strumento ripeterà poi la medesima operazione per distanze tra gli elettrodi sempre maggiori fino al limite massimo consentito dal numero degli elettrodi utilizzati.
Nel dipolo-dipolo la prima misura inizia con spaziatura 1a tra gli elettrodi di potenziale e corrente, poi si varia solo il rapporto tra le distanze A-M e B-N (fattore “n”) fino ad un valore di accuratezza minima, legato alla debolezza del segnale, generalmente pari a 6; la spaziatura tra gli elettrodi di corrente A-B e gli elettrodi di potenziale M-N resta fissa. Si prosegue incrementando la distanza elettrodica ed aumentando di conseguenza la profondità di investigazione.
Questo array è sensitivo a variazioni orizzontali, quindi all’individuazione di strutture orizzontali come livelli sedimentari. Pur garantendo una risoluzione orizzontale maggiore rispetto all’array Wenner, la profondità di investigazione è inferiore.
La configurazione Wenner-Schlumberger è un array ibrido in cui la distanza elettrodica è costante e fissa; qui il fattore “n” è il rapporto tra la distanza A-M (o B-N) e la spaziatura tra gli elettrodi di misura M e N.
Questa disposizione è indicata in aree contenenti sia strutture verticali che orizzontali, e rappresenta un buon compromesso tra il Wenner ed il dipolo-dipolo.
Elaborazione e restituzione dei dati
I dati di resistività apparente vengono elaborati con apposito programma in grado di ricostruire il valori reali di resistività per inversione numerica 2D (Res2Dinv); le sezioni geoelettriche vengono normalmente restituite mediante modelli tomografici del sottosuolo.
L’elaborazione dei dati procederà secondo due fasi successive:
1. caricamento dei file, registrati in formato .DAT, su apposito software (Res2Dinv) e ricostruzione di “pseudosezioni” di resistività, previo filtraggio/pulizia dei dati.
2. calcolo dei valori di resistività reale tramite inversione bidimensionale e sviluppo di un adeguato modello di distribuzione della resistività del sottosuolo, applicando l’eventuale correzione topografica.
Il modello tomografico di resistività reali così ottenuto visualizza la distribuzione dei dati con la profondità.
Indagini ambientali
L’obiettivo fondamentale delle scienze ambientali e delle normative ad esse correlate è quello di conoscere in maniera approfondita e contestualmente conservare e proteggere le risorse ambientali nel loro complesso, secondo un equilibrato rapporto di valori, recuperando inoltre, laddove possibile, le situazioni di degrado e deterioramento ambientale esistenti.
In questa ottica la PRO.GEO. s.r.l. si occupa di:
- piani di bonifica ambientale e studi di caratterizzazione e gestione di siti potenzialmente inquinati;
- studi geologici e geotecnici di supporto alla stesura di piani di coltivazione finalizzati all’attività estrattiva (cave) di materiale inerte secondo il vigente D.P.A.E. (Documentazione Programmatica dell’Attività Estrattiva);
- studi geologi, geotecnici ed idrogeologici finalizzati alla progettazione di discariche;
- campionamento di terreni;
- studi geologici, geomorfologici e idrogeologici finalizzati alla VIA (Valutazione di Impatto Ambientale) ed alla VAS (Valutazione Ambientale Strategica);
- studi, rilevamenti, indagini geognostiche e monitoraggi strumentali, a supporto di una corretta progettazione nella stabilizzazione di frane, di dissesti idrogeologici, di pendii e scarpate dissestate o potenzialmente instabili;
- opere di sistemazione ambientale idraulico-forestali con tecniche di ingegneria naturalistica.
Indagini sismiche
PROSPEZIONI SISMICHE A RIFRAZIONE CON ONDE P E ONDE SH
Con la prospezione sismica a rifrazione è possibile ricostruire un modello del sottosuolo, sia dal punto di vista geologico–strutturale, sia geotecnico, attraverso una parametrizzazione elastica dei materiali.
Questa tecnica sfrutta la diversa velocità di propagazione delle onde longitudinali (onde P o “di compressione e dilatazione”) e delle onde trasversali (onde SH o “di taglio”) per determinare lo spessore e l’andamento dei diversi strati del terreno.
La prospezione consiste nel generare nel terreno un’onda sismica di compressione o di taglio, utilizzando una sorgente di energia (colpo di mazza o di maglio, cannoncino sismico, ecc.) e nel misurare il tempo impiegato da questa a compiere il percorso nel sottosuolo, dal punto di energizzazione fino agli apparecchi di ricezione (geofoni), seguendo le leggi di rifrazione (Legge di Snell), cioè considerando le rifrazioni che l’onda stessa subisce in corrispondenza delle superfici di separazione tra due strati sovrapposti aventi densità (ovvero moduli di elasticità) crescenti con la profondità.
L’apparecchiatura necessaria per le prospezioni è costituita da una serie di ricevitori (geofoni) che vengono spaziati lungo un determinato allineamento (base sismica) e da un cronografo che registra l’istante di inizio della perturbazione elastica ed i tempi di primo arrivo delle onde a ciascun geofono.
Dalla distanza tra il punto di scoppio e quelli di ricezione e dalla misura dei tempi di primo arrivo si ricavano i grafici tempi – distanze (dromocrone), dai quali è possibile ottenere, tramite programmi di calcolo, le velocità delle onde elastiche longitudinali (Vp) o trasversali (Vsh) dei vari strati del sottosuolo, il loro spessore, la profondità, la forma e l’inclinazione.
Modalità di energizzazione
Come sorgenti energizzanti vengono utilizzate le seguenti:
| TIPO DI ONDA | SORGENTE DI ENERGIZZAZIONE |
|---|---|
| onde P longitudinali (di compressione e dilatazione) | - cannoncino sismico industriale; - mazza da 6 Kg con piastra di battuta solidale al terreno. |
| onde SH trasversali (onde di taglio) | - traversina in legno solidale al terreno, mazza da 6 Kg o maglio di battuta da 30 kg fissato a pendolo. |
Apparecchiature di ricezione
Per la ricezione dei segnali, nella prospezione sismica a rifrazione di superficie, vengono utilizzati 24 geofoni verticali GS20DM con frequenza propria di 14 Hz o 24 geofoni verticali con frequenza propria di 4,5 Hz, per le onde P e 24 geofoni orizzontali, con frequenza propria di 14 Hz, per le onde SH.
Elaborazione e restituzione dei dati
I dati acquisiti mediante prospezione sismica a rifrazione vengono elaborati attraverso programmi di calcolo e restituiti mediante due principali metodologie:
- metodo tomografico;
- metodo reciproco generalizzato (Generalized Reciprocal Method – GRM – Palmer, 1980).
PROSPEZIONI SISMICHE IN FORO CON TECNICA “DOWN-HOLE” (ONDE P - SH)
Le prove sismiche in foro di sondaggio “Down-Hole” vengono eseguite con lo scopo di misurare la velocità delle onde sismiche dirette, che si propagano dalla superficie nel terreno in profondità, dalle quali risalire alle proprietà meccaniche ed elastiche dei terreni.
Il terreno viene energizzato in superficie, in prossimità della testa foro e la registrazione avviene in foro grazie ad un geofono triassiale ancorato a profondità via via crescenti. In particolare, tale geofono registra gli spostamenti (tradotti sotto forma di impulsi elettrici) lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x, y, z).
Le onde sismiche vengono generate con le medesime tecniche utilizzate per la sismica a rifrazione ed esposte nel paragrafo precedente, energizzando il terreno sia in direzione verticale, sia in direzione trasversale (parallelamente al suolo); nel primo caso vengono generate prevalentemente onde compressive (onde P), che si propagano in profondità e vengono registrate al meglio dal geofono verticale (asse z). Nel secondo caso verranno generate prevalentemente onde di taglio (onde SH) visibili principalmente sui geofoni con l’asse posto orizzontalmente (assi x e y).
Per migliorare il rapporto fra l’energia dell’onda compressiva P e l’energia dell’onda trasversale SH a favore di quest’ultima, si realizza una doppia energizzazione orizzontale con verso opposto (metodo cross-over). La sottrazione delle forme d’onda relative a queste due acquisizioni, riduce sensibilmente la componente compressiva presente nel segnale
Attraverso il sistema di acquisizione (sismografo Geode), infine, viene registrato l’istante di primo arrivo del treno d’onde a ciascuna profondità (solitamente ogni metro).
Conosciuta la distanza tra la sorgente ed i ricevitori e determinato il tempo di propagazione, è possibile stimare in maniera accurata la distribuzione delle velocità sismiche (P e SH) in corrispondenza della verticale di misura.
Strumentazione in dotazione per la sismica “down-hole” in foro
- Sismografo Geometrics GEODE (24 ch - 24 bit), le cui caratteristiche tecniche sono riportate al precedente punto riguardante la sismica a rifrazione.
- Computer portatile per registrazione dei dati di campagna.
- Cavo di collegamento multiconduttore per geofono da foro.
- Unità di controllo da superficie BHGC-4.
- Geofono triassiale da foro Geostuff BHG-3, a frequenza propria di 15 Hz, munito di sistema di ancoraggio meccanico motorizzato e bussola elettronica per l’orientamento.
PROVE SISMICHE MASW (ANALISI MULTICANALE DELLE ONDE SUPERFICIALI)
Le prove sismiche MASW sono molto utilizzate per la determinazione del profilo verticale di velocità delle onde trasversali (Vs) e conseguentemente della categoria di sottosuolo sismico, definita in base ai valori del parametro Vseq (velocità equivalente), così come richiesto dal D.M. 17 gennaio 2018 (Aggiornamento delle “Norme Tecniche per le Costruzioni”), dal momento che offrono una serie di vantaggi:
- forniscono il profilo di velocità delle onde di taglio (Vs) per 30 m di profondità ed oltre;
- sono caratterizzate da un elevato rapporto affidabilità/costi;
- non sono invasive, non occorrendo eseguire perforazioni;
- non comportano alcun danneggiamento allo stato dei luoghi e delle cose;
- offrono rapidità e facilità di esecuzione e di elaborazione dei dati;
- il trasporto delle attrezzature per l’esecuzione delle prove è agevole ed il loro ingombro molto limitato.
Per contro le indagini MASW hanno pochissime limitazioni, la principale delle quali consiste nell’approssimazione del modello stratigrafico del terreno a strati piani e paralleli; per questo tale tecnica di prospezione sismica fornisce risultati meno precisi e va usata con maggiore accuratezza ed attenzione in situazioni caratterizzate da forti variazioni stratigrafiche laterali ed irregolarità accentuate del profilo topografico.
L’acronimo MASW sta per Multichannel Analysis of Surface Waves (Analisi Multicanale delle Onde Superficiali); occorre quindi tenere presente che sia le onde di Rayleigh, sia le onde di Love sono onde di superficie ed è quindi importante non identificare l’indagine MASW con l’analisi delle sole onde di Rayleigh, ma sapere che la stessa MASW può essere eseguita utilizzando anche le onde di Love.
Nella procedura MASW, quindi, si analizza la propagazione delle onde di superficie; più specificatamente si analizza la dispersione delle onde di superficie, ovvero il fatto che frequenze diverse (e quindi lunghezze d’onda diverse) viaggiano a velocità diverse.
La velocità delle onde S (Vs) è il fattore dominante che governa le caratteristiche della dispersione.
Modalità di generazione delle onde superficiali ed acquisizione dei dati
Per l’acquisizione dei dati di campagna, anche nell’indagine MASW, essendo una metodologia di sismica attiva, occorre generare delle onde sismiche attraverso le medesime tecniche utilizzate per la sismica a rifrazione esposte in precedenza; in particolare le onde di Rayleigh sono facilmente generate da una sorgente ad impatto verticale (classica mazzata o caduta di un grave) o da un cannoncino sismico, mentre per le onde di Love è necessario utilizzare una sorgente di taglio (ad esempio una traversina di legno colpita da una mazzata).
In entrambi i casi le onde generate vengono registrate tramite comuni geofoni a bassa frequenza (4,5 Hz), a componente verticale o a componente orizzontale, disposti lungo un classico stendimento sismico lineare, secondo le combinazioni di seguito riassunte in tabella:
Cinque possibili schemi di acquisizione per analisi MASW: la prima lettera dell’acronimo indica il tipo e l’assetto del geofono, la seconda e la terza il tipo di sorgente (Herrmann, 2003)
Elaborazione e restituzione dei dati
La costruzione di un profilo verticale di velocità delle onde di taglio (Vs), attraverso l’analisi delle proprietà dispersive delle onde superficiali, specialmente nella procedura MASW classica/standard più utilizzata (acquisizione della componente verticale delle onde di Rayleigh; ZVF) è ormai una delle pratiche più comuni in geofisica applicata.
Il processo di analisi della dispersione delle onde di superficie si sviluppa essenzialmente attraverso due passi successivi:
1. determinazione dello spettro di velocità dal quale vengono estratte le curve di dispersione delle onde superficiali (ovvero i grafici della velocità di fase rispetto alla frequenza);
2. inversione delle curve di dispersione per ottenere il profilo verticale delle Vs (profilo 1D che descrive la variazione di Vs con la profondità).
Analisi congiunta delle Onde di Rayleigh e di Love
Nell’elaborazione delle prove MASW, una buona tecnica per ridurre la possibilità di errori di interpretazione è quella di procedere ad un’analisi tramite inversione congiunta delle curve di dispersione derivate dalle onde di Rayleigh e dalle onde di Love, magari utilizzando i soli geofoni orizzontali per acquisire sia la componente radiale delle onde di Rayleigh (RVF), sia la componente THF (onde di Love) (Dal Moro G., 2012).
INDAGINI DI SISMICA PASSIVA TRAMITE TECNICA ESAC
La tecnica di sismica passiva su antenna sismica denominata ESAC (Extended Spatial Autocorrelation = Metodo esteso di autocorrelazione spaziale) è un’estensione del metodo SPAC; entrambe le tecniche di indagine, per alcuni aspetti, possono essere viste come delle generalizzazioni del metodo di sismica passiva ReMi. Mentre nel metodo SPAC (Spatial Autocorrelation) si devono effettuare acquisizioni tramite array circolari, nel caso dell’ESAC i geofoni possono essere disposti secondo geometrie bidimensionali quali ad esempio configurazioni a L, a croce, a T, ecc.; tale tecnica, a differenza della classica ReMi (eseguita tramite semplice array lineare) non soffre dei problemi legati alla direttività dei vari segnali che possono giungere da qualsiasi azimuth, senza che questo vada ad influenzare i risultati.
Da quanto sopra detto, deriva che le procedure basate sull’autocorrelazione spaziale sono utili quando il rumore è generato da una distribuzione uniforme delle sorgenti, ovvero quando non esistono sorgenti dominati.
Nel caso dell’ESAC, in particolare, la disposizione dei geofoni può essere anche molto casuale, ma è fondamentale naturalmente fissare un chiaro sistema di riferimento, in modo da poter determinare con precisione le coordinate (x, y) di ciascun geofono.
La tecnica è finalizzata alla definizione della curva di dispersione effettiva della componente verticale delle vibrazioni ambientali (onde superficiali), dalla quale risalire al profilo verticale delle velocità delle onde di taglio (Vs).
Acquisizione ed elaborazione dei dati
Nella tecnica ESAC l’acquisizione dei dati di campagna viene fatta attraverso il sismografo in dotazione (Geometrics GEODE), configurato per la registrazione dei segnali in forma passiva e 24 geofoni verticali con frequenza propria di 4,5 Hz, disposti secondo geometrie bidimensionali (2D) quali ad esempio configurazioni a L, a croce, a T, ecc.
Per ridurre al minimo la possibilità di errori di interpretazione e per una verifica completa dei risultati ottenuti, l’elaborazione dei dati ESAC viene generalmente eseguita mediante analisi congiunta con dati di sismica attiva tipo MASW e misure di rumore ambientale a stazione singola (metodo HVSR) eseguite contestualmente alla prova ESAC.
Come si può vedere anche dall’esempio sopra esposto, la metodologia di sismica passiva ESAC, se gli stendimenti sono sufficientemente ampi, pur perdendo in risoluzione negli strati più superficiali, rispetto alla MASW consente di avere informazioni inerenti la dispersione a frequenze molto basse, ovvero di ricostruire il profilo di velocità Vs fino a profondità maggiori.
MISURE DI MICROTREMORE AMBIENTALE A STAZIONE SINGOLA (METODO HVSR)
Le misure speditive di microtremore ambientale, mediante tecnica di acquisizione a stazione singola e la tecnica di analisi HVSR (altrimenti conosciuta anche come “metodo di Nakamura”) permettono in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito o frequenza del picco fondamentale del sito (f0) e quindi la possibile esistenza di fenomeni di risonanza sismica nell’intervallo di frequenza significativo.
La stessa tecnica, inoltre, consente di avere una prima indicazione sull’entità del contrasto d’impedenza, sulla base dell’ampiezza del picco (H/V) e sulla profondità dell’interfaccia stratigrafica legata a tale contrasto (Albarello D. et al., 2010).
Acquisizione ed elaborazione dei dati
La procedura per l’indagine HVSR può essere suddivisa nelle seguenti fasi:
- esecuzione della registrazione di microtremore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione; tale registrazione deve essere effettuata, secondo le indicazioni del progetto SESAME (2004), per una durata non inferiore a 20 minuti;
- operazione di “windowing”, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali, la cui durata prefissata, secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME, deve essere almeno pari a 20 secondi;
- filtraggio delle finestre in base a criteri che permettono di individuare l’eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione;
- estrazione dello spettro di Fourier per ciascuna delle finestre rimanenti, ritenute valide ed operazione di “tapering” e lisciamento di ciascun spettro, secondo una delle varie tecniche note in letteratura;
- determinazione, per ciascuna finestra, della componente in frequenza (V) relativa allo spettro nella direzione verticale (z) e della componente in frequenza (H), quest’ultima calcolata attraverso una semplice media aritmetica o una somma euclidea delle due componenti relative agli spettri nelle direzioni orizzontali (x,y); questo permette di ottenere il ricercato rapporto spettrale (H/V) per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione;
- calcolo del rapporto spettrale (H/V) medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito.
Strumentazione in dotazione
- Acquisitore a 24 bit SolGeo “Dymas-24” ad alta risoluzione ed ampio spettro in frequenza (DC÷4000 Hz), per registrazioni in continuo o a soglia, sino a 20.000 campioni al secondo.
- Sismometro triassiale SolGeo “Veloget3D” con range selezionabile (1-80 Hz o 1-315 Hz), conforme alle normative di riferimento (DIN e UNI).
- Computer portatile collegato all’acquisitore “Dymas-24”.
- Batteria di alimentazione elettrica collegata all’acquisitore “Dymas-24”.
- Software dedicati per il calcolo della curva H/V (Metodo “Nakamura”).
Il sistema di acquisizione a 24 bit “Dymas-24”, ad elevato range dinamico, è un sistema altamente sofisticato, progettato per fornire una soluzione completa ad esigenze di monitoraggio sismico ed accelerometrico. L’alta risoluzione, l’elevata ampiezza di banda lo rendono uno strumento versatile ed in grado di operare sia come acquisitore di segnali microsismici, sia come unità di registrazione di fenomeni di tipo “strong motion”.
Il sismometro “Veloget3D” è un sismometro triassiale di classe I, con sensori da 4,5 Hz, linearizzati elettronicamente a 1 Hz, con dinamica superiore a 130 dB; estremamente compatto e robusto, è alloggiato in contenitore metallico dotato di piastra di appoggio, piedini regolabili e bolla di controllo, per il corretto fissaggio al terreno.
Attraverso l’utilizzo di specifici software, è possibile selezionare i parametri, ricercando quelli ottimali, sia in fase di registrazione dei dati, sia in fase di elaborazione degli stessi, variando:
- il tempo di registrazione;
- l’intervallo di campionamento;
- la lunghezza delle “finestre” ed il loro “overlapping”;
- gli eventuali fattori di riduzione del segnale ed i filtri.
Successivamente si passa all’analisi degli spettri in frequenza dei 3 canali ed alla restituzione della curva del rapporto spettrale (H/V), con determinazione della frequenza di picco fondamentale del sito (f0).
L’output così ottenuto sarà validato o meno sulla base dei criteri introdotti dal Protocollo SESAME (2004) e la curva H/V classificata secondo i criteri definiti da Albarello D. et al. (2010).
Indagini idrogeologiche
La PRO.GEO. s.r.l. svolge studi nel settore idrogeologico finalizzati al corretto e razionale utilizzo delle risorse idriche superficiali e sotterranee ed alla loro tutela e salvaguardia da possibili depauperamenti e contaminazioni, in coerenza con i principi fondamentali della vigente normativa.
In questo settore la società si occupa di:
- progettazione di pozzi ad uso idropotabile, civile, industriale ed irriguo, con direzione lavori ed assistenza per tutte le fasi di realizzazione, prove di emungimento e presentazione della documentazione necessaria per l’ottenimento della relativa concessione;
- determinazione delle fasce di rispetto per pozzi o campi pozzi ad uso idropotabile;
- valutazione delle stato di consistenza di pozzi già esistenti ed autorizzati allo sfruttamento idrico;
- indagini finalizzate al reperimento di nuove risorse idriche (acquiferi superficiali e profondi), con la determinazione dei principali parametri idrogeologici e dell’andamento piezometrico caratteristico;
- indagini idrogeologiche e geognostiche necessarie all’ottenimento di concessioni di utilizzo di acque superficiali ai fini idroelettrici ed alla conseguente progettazione di centrali idroelettriche;
- indagini finalizzate alla definizione della vulnerabilità degli acquiferi superficiali e profondi, del grado di inquinamento degli stessi ed della propagazione dei contaminanti in falda;
- progettazione di impianti di depurazione e smaltimento delle acque reflue, tramite l’utilizzo dei sistemi previsti dalla normativa vigente (fosse Imhoff, depuratori, ecc.) e relativi sistemi disperdenti nel suolo (pozzi e trincee drenanti) e/o in acque superficiali;
- studi idrologici e verifiche per la compatibilità idraulica di progetti edificatori ed aree edificabili rispetto a corsi d’acqua naturali o di origine antropica.
Sede Legale
Via Valmaira, 14
55032 Castelnuovo di Garfagnana (LU)
Sede Operativa
Località Pantaline
55036 Pieve Fosciana (LU)
Recapiti
Orari di apertura
- Lun - Ven
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- Sab - Dom
- Chiuso
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