La tecnica a rifrazione si basa sui tempi di arrivo delle onde di corpo rifratte da contrasti di impedenza sismica presenti nel sottosuolo secondo la legge di Snell. Pertanto si avranno solamente onde rifratte nel caso di importanti contrasti di impedenza e soprattutto in presenza di un aumento di velocità con la profondità. Non si verifica rifrazione nel caso di una diminuzione di velocità con la profondità (per la legge di Snell). Questo lo possiamo annoverare tra gli svantaggi di tale tecnica. L'interpretazione consiste nel valutare i tempi di arrivo delle onde rifratte ai singoli geofoni che in linea di massima si trovano ad una distanza intergeofonica compresa tra 2 e 4 metri. Generalmente se ne posiziona da 12 a 24 in funzione dello spazio a disposizione e della risoluzione scelta. Per quanto concerne la profondità di penetrazione questa può essere stimata intorno a 1/4 o 1/3 (molto dipende dalla litologia del sottosuolo) rispetto alla massima lunghezza dello stendimento. Se ad esempio vogliamo raggiungere senza problemi i canonici 30 metri per il famoso Vs30 di normativa, dobbiamo avere a disposizione uno spazio in linea di 100-120 metri. L'energizzazione avviene lungo lo stendimento ad intervalli regolari e se ne effettuano minimo sette. L'interpretazione può avvenire con tecnica G.R.M. (Metodo Reciproco Generalizzato) che consente di individuare i rifrattori presenti senza enfatizzare eventuali variazioni laterali o con tecnica tomografica che consente di “mappare” le velocità del sottosuolo evidenziando anche eventuali piccole inversioni di velocità e soprattutto variazioni laterali. Quest'ultima tecnica pertanto risulta decisamente superiore rispetto alla precedente.

Per quanto riguarda le onde di superficie queste si dividono in almeno due tipologie: Onde di Rayleigh e Onde di Love. Le prime sono generate da colpi verticali e registrate sia da geofoni verticali sia da quelli orizzontali (direzionati secondo la linea di stendimento). Nel primo caso si registrerà la componente verticale, nel secondo la componente radiale dell'onda di Rayleigh. Le onde di Love vengono generate da colpi trasversali allo stendimento con l'utilizzo di una trave o effettuando un piccolo scavo nel terreno e registrate da geofoni orizzontali disposti trasversalmente allo stendimento. Pertanto l'energizzazione è la stessa della tecnica a rifrazione con la differenza che qui saranno eseguiti solamente scoppi agli estremi dello stendimento. Al termine del lavoro di campagna si otterranno sei spettri di velocità (grafici velocità/frequenza) relativi alle tre componenti sopra citate moltiplicate per due tipologie di velocità (di fase e di gruppo). Lo spettro di velocità di fase si ottiene utilizzando tutti i geofoni mentre lo spettro di velocità di gruppo è legato alla distanza singolo geofono-sorgente e pertanto esisteranno tanti spettri quanti sono i geofoni. Alle acquisizioni delle onde di superficie generalmente si abbina anche una registrazione di microtremori ambientali con tecnica a stazione singola (HVSR) ed interpretata mediante metodo dei rapporti spettrali o di Nakamura (H/V). Quest'acquisizione consente di evidenziare eventuali contrasti di impedenza a elevate profondità. L'interpretazione degli spettri di velocità può avvenire principalmente in due modi: con la curva di dispersione (tecnica classica) o con il metodo FVS (Full Velocity Spectrum). Il primo modo consiste nell'individuare diversi punti sullo spettro di velocità tali da essere posizionati sui valori massimi del rapporto velocità/frequenza. Passo successivo è quello di individuare un modello di sottosuolo che generi una curva passante da tali punti. Il secondo invece prevede la creazione di sismogrammi sintetici derivanti da un primo modello di sottosuolo da testare i quali forniscono quindi un loro spettro sintetico. Questo verrà sovrapposto allo spettro di campagna e valutata l'eventuale discordanza. L'obiettivo è quindi trovare un modello di sottosuolo che generi uno spettro il più similare possibile a quello di campagna. Ovviamente il secondo metodo analizza in toto lo spettro di velocità senza preoccuparsi più di tanto di quali modi entrano in gioco. Il metodo precedente invece prevede di conoscere a priori quali modi appaiono sullo spettro, cosa generalmente molto difficile o quasi impossibile.

Pertanto eseguire un'accurata acquisizione di onde di superficie in campagna e elaborare sei spettri congiuntamente ad una prova HVSR consente di ottenere un modello di sottosuolo molto preciso, soprattutto se viene utilizzato il metodo FVS. Non solo, tale tecnica consente di individuare anche inversioni di velocità e contrasti anche a profondità elevate. Per quanto concerne la penetrazione, questa può essere stimata in circa 1/2 o 1/3 della lunghezza dello stendimento.

Tante volte le prove MASW vengono considerate di secondo o terzo livello e quindi quasi “disprezzate”. Vengono generalmente utilizzate per determinare il famigerato valore di Vs30 per piccoli interventi.

Ritengo che questa considerazione sia frutto di una non conoscenza approfondita di tale tecnica. Infatti in molti casi se ben eseguita, anche in maniera congiunta con altre tipologie di indagine, può fornire degli ottimi profili di velocità. L'unico lato negativo di questa tecnica è la non univocità della soluzione in quanto uno spettro può essere frutto sia di variazioni di velocità che di spessore degli strati. Questo problema può essere bypassato con l'analisi congiunta di più spettri, come detto precedentemente e con l'ausilio talvolta di indagini di riferimento. Risulta evidente anche ai meno esperti che eseguire una prova MASW utilizzando solo ed esclusivamente la componente verticale dell'onda di Rayleigh (come spesso accade) ed interpretando il dato con la tecnica della curva di dispersione senza neppure avere un dato di riferimento potrebbe risultare veramente ambiguo e quindi molto pericoloso! Purtroppo quando si parla di MASW si intende proprio questa situazione ed è per questo che l' indagine è ritenuta “poco valida”.

In conclusione ritengo personalmente che le onde di superficie, se ben utilizzate, possono generare profili di velocità di gran lunga superiori a quelli derivanti dalle onde di corpo interpretate mediante tecnica a rifrazione per tutti i motivi sopra descritti. Uno dei vantaggi della tecnica a rifrazione rispetto alle prove MASW è che essa è definibile 2D mentre le seconde si possono annoverare tra quelle 1D in quanto forniscono un profilo di velocità in corrispondenza del punto centrale dello stendimento. Anche questo problema può essere risolto eseguendo MASW 2D con particolari tecniche che però risultano molto più dispendiose a livello di acquisizione.

Geol. Matteo Gualdani

 

MASW SS   20150519 102850