Per ottenere una modellazione realistica dello scuotimento e della pericolosità sismica, un input essenziale è la caratterizzazione sismica del sottosuolo, in termini di geometria e proprietà dinamiche, quali rigidezza e attenuazione sismica. Essendo la velocità delle onde sismiche di taglio (VS) direttamente legata alla rigidezza a piccole deformazioni, modelli avanzati di VS (a due e tre dimensioni) sono richiesti per la valutazione quantitative della Risposta Sismica Locale . Anche l'attenuazione sismica costituisce un parametro richiesto in input, tuttavia le misure di attenuazione sono raramente eseguite in campo e non vi è indicazione univoca sulle migliori tecniche e procedure per la misura in sito di tale parametro.
Per colmare questo gap tecnologico, si propone di acquistare una strumentazione innovativa finalizzata alla acquisizione di dati sismici in foro di sondaggio, la quale consiste in una stringa di otto ricevitori equispaziati a tre componenti, i quali possono essere allineati in foro secondo la stessa direzione. Questi ricevitori sono accoppiati al rivestimento del sondaggio tramite un dispositivo pneumatico di nuova generazione e permettono la misura del campo d'onda (tre componenti) sia per le onde di corpo (P ed S) che per onde di superficie e di interfaccia. In aggiunta a misure standard per la ricostruzione dei profili 1D delle onde di taglio, questa strumentazione permette di eseguire innovative misure tomografiche ad onde S e misure interferometriche, nonché misure di attenuazione sismica, le quali non sono tecnicamente fattibili con i ricevitori convenzionali a singola o doppia stazione.
Questa strumentazione presenta una molteplicità di applicazioni di ricerca e industriali nella sismologia applicata e può essere impiegata con successo in Ingegneria civile e nelle Scienze della terra, costituendo un valido contributo per aumentare le capacità di ricerca e di attrazione fondi di Sapienza in questi settori.
La strumentazione di cui si propone il finanziamento offre la possibilità di un avanzamento tecnologico innovativo in ambito geofisico e di dinamica dei terreni. Le tecniche innovative che potrebbero essere eseguite tramite l¿impiego della strumentazione richiesta sono la tomografia sismica ad onde S e la misura dell' attenuazione sismica in sito, che trovano applicazione in molti contesti dell' Ingegneria e delle Scienze della Terra. Tali tecniche sperimentali permetterebbero un notevole avanzamento delle capacità di ricerca e di attrazione fondi del Laboratorio di Geofisica Applicata del DICEA.
1) Tomografia sismica ad onde S
I metodi convenzionali in foro per la misura delle onde S (crosshole e downhole) restituiscono essenzialmente un profilo monodimensionale (1D) di velocità. La tomografia sismica (che comprende l' utilizzo di diversi sensori e di un numero rilevante di punti di energizzazione) rappresenta il metodo a più alta risoluzione per caratterizzare la porzione di terreno vicino alla superficie (near surface), cioè quella che interagisce con le strutture. Attualmente si utilizza quasi esclusivamente la tomografia ad onde P per ragioni operative, data la mancanza di dispositivi multi-ricevitore che consentano la ricezione delle onde S. Tuttavia le applicazioni geotecniche delle onde P sono limitate, perché il parametro d' interesse per le verifiche è la rigidezza a taglio che è, come detto in precedenza, legata alla velocità sismica delle onde S. I sistemi ad onde S in commercio sono generalmente costituiti da una o due terne di ricevitori, il che rende la misura tomografica estremamente laboriosa e molto poco ripetibile. Il sistema oggetto della presente proposta mette invece a disposizione diversi sensori a tre componenti allineati lungo una singola stringa e permette di eseguire la tomografia sismica ad onde S in maniera efficiente, utilizzando appropriate sorgenti per la generazione dell' onda sismica di taglio, già in dotazione al Laboratorio di Geofisica Applicata del DICEA.
La tomografia ad onde S evidenza chiaramente dei vantaggi significativi se confrontata con la tomografia convenzionale ad onde P, come una migliore risoluzione spaziale (data la minore velocità di propagazione) ed una maggiore sensitività a cambiamenti litologici, non essendo sostanzialmente influenzata da variazioni del livello di falda. Per questo motivo poi, l¿ applicazione congiunta di tomografie ad onde S ed onde P può rivelarsi estremamente diagnostica per l' individuazione della superficie piezometrica e più in generale per lo studio della circolazione idrica del sottosuolo. Il sistema di cui si propone l' acquisto rende fattibile l' acquisizione di dati tomografici ad onde S e potrebbe integrare la strumentazione sismica già in possesso del DICEA rendendola unica nel panorama nazionale. La notevole esperienza nell' acquisizione, interpretazione e inversione dei dati tomografici del personale dell¿ Area di Geofisica del DICEA potrebbe rapidamente essere convertita nella messa a punto di procedure e codici di calcolo innovativi applicati al problema tomografico ad onde S. Si pensi che in tutti i problemi in cui esiste una variabilità geologica (e quindi di velocità di propagazione delle onde) tale da non poter assumere un modello di sottosuolo a strati piano paralleli, non esistono procedure standard di elaborazione delle sezioni di velocità. Questo è chiaro un indice della difficoltà operativa nel costruire questo tipo di modelli, che in genere si ottengono dalla correlazione di singole indagini puntuali.
2) Misura dell¿ attenuazione in sito
Abbiamo descritto come di fatto l' attenuazione sismica (ovvero il damping o smorzamento) sia un parametro per il quale, pur riconoscendone l' importanza ai fini della verifica sismica e per la modellazione dello scuotimento, non esista un consenso a livello di comunità scientifica, e pertanto sulle migliori procedure per la sua misurazione. Tale misurazione, pur essendo molto importante, è ad oggi esclusa completamente dalla normativa tecnica. L' utilizzo di un sistema multi-ricevitore a tre componenti come il MBAS da utilizzare in foro congiuntamente a sorgenti simiche programmabili e altamente ripetibili come quelle in dotazione al DICEA, permetterebbe un' indagine approfondita sulla dipendenza del damping dalla frequenza e sull' accuratezza della sua misura in sito, consentendo di stabilire uno standard per le misure ingegneristiche, adattando concetti utilizzati nel settore della caratterizzazione dei reservoir petroliferi (stima dell' attenuazione da tecniche di Vertical Seismic Profiling (VSP). L' indagine in foro così messa a punto consentirebbe inoltre di avere dei valori di riferimento per la validazione di innovative tecniche speditive avanzate per la stima dell' attenuazione, tramite misure in superficie, che impieghino tanto le onde di corpo quanto quelle di superficie, come descritto nell' impianto metodologico della ricerca.