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Classificazione della categoria di sottosuolo: sismica a rifrazione

Per quanto riguarda la definizione delle categorie di sottosuolo, le Norme tecniche per le costruzioni del 14 gennaio 2008 permettono di fare riferimento ad un approccio semplificato ed in particolare indica tre parametri tra i quali viene “fortemente raccomandata” la misura diretta della velocità equivalente di propagazione delle onde di taglio (VS,30). Se la determinazione di tale valore non è disponibile, la classificazione può essere effettuata in base ai valori del numero equivalente di colpi della prova penetrometrica dinamica (NSPT,30) per i terreni a grana grossa e della resistenza non drenata equivalente (cu,30) per i terreni a grana fine.

Le indagini devono spingersi ad una profondità di almeno 30 metri al di sotto del piano fondale.
Per definire la velocità di propagazione delle onde di taglio (VS,30) viene utilizzata la sismica a rifrazione che consente di determinare, con buona approssimazione, la stratigrafia del sottosuolo.
Tale metodo consiste nel trasmettere delle onde elastiche nel suolo e captare tramite appositi sensori (geofoni) le onde riflesse (per gli strati superficiali) e rifratte (per gli strati profondi) dalle varie superfici presenti, registrando quindi il tempo necessario a tali onde per tornare in superficie.

La velocità di propagazione dell’onda sismica dipende dalle caratteristiche di elasticità del sottosuolo e della sua conformazione; in funzione della relazione tra la velocità dell’onda e la distanza sorgente–geofono (dromocrona), si risale agli spessori degli strati esistenti nel sottosuolo.

Operativamente si posizionano sulla superficie i geofoni ad una certa distanza da sorgente sismica che viene generata o percuotendo il terreno con una massa metallica, ad esempio una piastra in alluminio, (colpendola con una mazza) o sparando, con un apposito fucile, un proiettile entro un piccolo foro predisposto in superficie.
I geofoni posizionati vicino alla sorgente rilevano prima l'onda diretta che arriva viaggiando alla velocità del primo strato, mentre quelli più lontani rilevano prima le onde rifratte che viaggiano a velocità più elevata.

Misurando i tempi di primo arrivo e la distanza tra i geofoni e la sorgente, tramite l'analisi delle dromocrone si può determinare la velocità di propagazione delle onde dei vari strati, e da qui produrre una stratigrafia sismica ed infine risalire alla natura geologica delle formazioni che compongono la serie investigata nel sottosuolo.
Per gli stendimenti, vengono usati dei geofoni in numero di 6 o 12 o 24 regolarmente allineati.

Le applicazioni sono molteplici, ovvero:
- Classificazione del terreno di fondazione in base alle nuove norme antisismiche;
- Determinazione della profondità del substrato roccioso (bed-rock);

- Studi di carattere geotecnico (individuazione delle proprietà elastiche dei materiali, rilevati stradali, ponti, gallerie, dighe e tracciati ferroviari);
- Studi di carattere idrogeologico (ricerca di falde idriche, ubicazione di pozzi);
- Studi geomorfologici (individuazione e controllo della stabilità dei versanti);
- Valutazione dello spessore dei corpi di frana;
- Modellazione bidimensionale e tridimensionale del sottosuolo;
- Studi per la pianificazione del territorio (microzonazione sismica);
- Determinazione del substrato in zone di riempimento alluvionale, detritico o di riporto;
- Definizione delle coperture di alterazione e delle zone fratturate in un bedrock.

Tale tecnologia ha infatti il pregio di essere poco costosa, di essere un’efficace strumento per la valutazione dei parametri geomeccanici e geotecnici, può essere utilizzato per elevate profondità d'indagine, ottenibili usufruendo di sorgenti sismiche a bassa energia e stendimenti geofonici di lunghezza limitata, ed, infine, ha un impatto ambientale irrilevante.
Però, affinché sia efficace, è necessario che la successione rocciosa da investigare sia caratterizzata da velocità sismiche crescenti all'aumentare della profondità e, inoltre, è possibile l'interpretazione soltanto di poche discontinuità sovrapposte, non più di 4 o 5 al massimo.
Richiede cioè che le caratteristiche meccaniche degli strati investigati migliorino con la profondità. In caso contrario, non si ha riflessione totale e quindi le onde rifratte non ritornano mai in superficie. Inoltre il rumore e le vibrazioni disturbano molto tale metodo di indagine.

Articolo dell'Ing. Stefano Valentini

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