HVSR

Tecnica d'indagine HVSR

La caratterizzazione sismica dei terreni tramite la tecnica di indagine sismica passiva HVSR (Horizzontal to Vertical Spectral Rario – Metodo di Nakamura) è finalizzata all'individuazione delle frequenze caratteristiche di risonanza di sito. Esse sono correlabili ai cambi litologici presenti sia all'interno della copertura che nell'ammasso roccioso.

Analisi sismica del sottosuolo

L'utilizzo di algoritmi di calcolo finalizzati ad una modellizzazione sintetica delle spettro H/V, permette di correlare ogni picco spettrale con le discontinuità presenti nel sottosuolo (per esempio i cambi litologici). I dati che si possono ricavare sono spessori, profondità e velocità di propagazione delle onde di taglio all'interno del sismo–strato individuato. Tramite l'elaborazione di modi superiori e l'analisi dell'andamento delle tre componenti del moto, è possibile distinguere i picchi di origine naturale da quelli generati dai modi superiori o da artefatti, al fine di garantire una corretta interpretazione dello spettro sismico registrato.

Indagini geologiche per edifici antisismici

La tecnica dei rapporti spettrali (HVSR) trova la sua massima applicazione negli studi di microzonazione sismica poiché fornisce un parametro fondamentale (frequenza propria di risonanza di sito) per una corretta progettazione di edifici antisismici. Negli ultimi anni si è affermata anche per la sua versatilità poiché si è dimostrato come lo spettro sismico può rappresentare un modello sismo – stratigrafico del sottosuolo.

Risultati di indagini sismiche HVSR

I risultati che si possono ottenere da indagini sismiche HVSR sono:

• La frequenza caratteristica di risonanza del sito che rappresenta un parametro fondamentale per il corretto dimensionamento degli edifici antisismici. Si dovranno adottare adeguate precauzioni nell'edificare strutture aventi la stessa frequenza di vibrazione del terreno, per evitare l'effetto di "doppia risonanza", fenomeno estremamente pericoloso per la stabilità delle costruzioni.
• La frequenza fondamentale di risonanza di un edificio, qualora la misura venga effettuata all'interno dello stesso. In seguito sarà possibile confrontarla con quella caratteristica del sito e capire se in caso di sisma la costruzione potrà essere o meno a rischio.
• La velocità media delle onde di taglio Vs calcolata tramite un apposito codice di calcolo. È necessario, per l'affidabilità del risultato, conoscere la profondità di un riflettore noto dalla stratigrafia (prova penetrometrica, sondaggio, etc.) e riconoscibile nella curva H/V. E' possibile calcolare la Vs30 e la relativa categoria del suolo di fondazione come esplicitamente richiesto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni del 14 gennaio 2008.
• La stratigrafia del sottosuolo con un range di indagine compreso tra 0.5 e 700 m di profondità, anche se il dettaglio maggiore si ha nei primi 100 metri. Il principio su cui si basa la tecnica HVSR, in termini di stratigrafia del sottosuolo, è rappresentato dalla definizione di strato, inteso come unità distinta da quelle sopra e sottostanti per un contrasto d'impedenza, ossia per il rapporto tra i prodotti di velocità delle onde sismiche nel mezzo e densità del mezzo stesso.

Esempio di analisi HVSR

Un esempio di analisi sismica tramite tecnica HVSR, con successiva interpretazione:

Risultati ottenuti:

• Frequenza fondamentale di vibrazione di sito: 10 Hz.
• Correlazione tra picco massimo e discontinuità sismica a circa 10 m p.c. (contatto copertura – ammasso roccioso).
• Aumento di rigidità localizzato nell’immediato sottosuolo (circa 1 m da p.c.) associabile al passaggio tra copertura di natura prevalentemente coesiva e prevalentemente granulare.
• Ricostruzione stratigrafica del sottosuolo tramite un vincolo fornito da stratigrafie esistenti (prova penetrometrica, sondaggio, ecc.) o da misure di Vs tramite array sismici.
• Determinazione della categoria del suolo di fondazione tramite la stima del parametro Vs30.

Una recente applicazione riguarda le misure relative alle vibrazioni indotte agli edifici. È possibile l'estrazione di finestre temporali con segnale al di sopra di soglie date e, per la loro analisi spettrale, secondo le norme europee in materia di vibrazioni su costruzioni.