IL RUOLO DELLA TOMOGRAFIA SISMICA NEL CALCOLO DEI PARAMETRI ELASTICI DEL SOTTOSUOLO

In questo articolo voglio dimostrare come la tomografia sismica, se effettuata ed elaborata in maniera corretta, può dare numerose informazioni che vanno ben oltre al semplice valore puntuale di Vp e Vs nel sottosuolo.

La seguente stesa sismica è stata eseguita sulle alture alle spalle di Genova, al confine col Piemonte. Nei dintorni dell’area di indagine sono già stati eseguiti, diversi anni addietro, una serie di sondaggi fino a 10 m di profondità, che hanno messo in luce la seguente stratigrafia:

• 2-3 metri circa di argille
• da 3 a 6 metri di sabbia mista a ghiaia con presenza di falda
• roccia molto degradata e fratturata fino a fondo foro

La stesa sismica ha visto impiegati 24 geofoni verticali da 40 Hz e 24 geofoni orizzontali da 12 Hz. La lunghezza dello stendimento è stata di 96 m, equispaziando i geofoni pertanto di 4 metri l’uno dall’altro. Per quanto riguarda invece le energizzazioni ne sono state eseguite 13 distribuite omogeneamente su tutta la stesa, colpendo verticalmente un piattello metallico con una mazza da 8 kg, per la registrazione delle onde P, e colpendo lateralmente una trave di legno (sempre con la medesima mazza), per registrare le onde S.

Dopo aver effettuato l’acquisizione dei dati si è passati alla fase di elaborazione, che al solito è stata eseguita in maniera diretta per quanto riguarda la fase di picking delle onde P, e combinando i segnali relativi all’energizzazione sui due lati della trave per quanto concerne l’onda S.

Picking della fase P

 Picking della fase S

Il risultato di questa fase di picking è stato quello di ottenere, per lo stesso allineamento, sia la tomografia in onde P, sia quella in onde S.

Tomografia della Vp del sottosuolo analizzato

Le tomografie sismiche così ricavate hanno messo in luce una stratigrafia all’incirca corrispondente a quella dei sondaggi, che attraverso l’elaborazione tradizionale ha fornito la seguente stratigrafia sismica:

Sezione sismica ricavata dall’allineamento. A partire dall’alto sono segnate le argille (in grigio), le sabbie e le ghiaie (in ocra) e il   substrato roccioso (in verde)

Avendo così a disposizione le due tomografie sismiche per lo stesso tratto di sottosuolo, ho voluto provare a utilizzare il software di elaborazione grafica (Surfer), per eseguire delle funzioni algebriche che combinassero i valori di Vp e Vs, in modo tale da ottenere una rappresentazione di alcuni dei ì principali parametri elastici del terreno analizzato.  Per fare questo i valori di Vp e Vs sono stati considerati rispettivamente come variabili indipendenti A e B, mentre i valori da ricercare sono stati imposti come variabile dipendente C.

Le tipologie di operazioni che sono state eseguite mediante l’ausilio di queste due tomografie sono le seguenti:

Rapporto Vp/Vs: esso è stato calcolato inserendo all’interno del programma la seguente funzione => C = A/B

Tomografia raffigurante il Rapporto Vp/Vs

Modulo di Poisson: esso è stato calcolato attraverso la seguente funzione => C = ( (A^2 )- 2*(B^2) ) / ( 2*(A^2 – B^2)  )

Tomografia raffigurante il modulo di Poisson

Modulo di Taglio: per la rappresentazione grafica di questo ulteriore parametro è stato creato manualmente un modello bidimensionale (delle stesse dimensioni delle due tomografie Vp e Vs), che rappresentasse una stima di massima del valore di densità dei mezzi attraversati. Dando alla variabile densità la lettera A e alla Vs la lettera B, la formula che si ottiene per il calcolo del modulo di taglio è la seguente => C = A * (B^2)

Tomografia raffigurante il Modulo di Taglio G

Quest’analisi mostra quindi come talvolta sia utile, oltre che molto interessante, non fermarsi al puro valore di Vp e Vs come rappresentazione tomografica da fornire al cliente. In certi campi, e soprattutto quando i dati a disposizione scarseggiano, è fondamentale sfruttare al massimo i dati che si è riusciti a ottenere da indagini indirette (come in questo caso dalla sismica) per ricavare il maggior numero di informazioni possibili. In questo caso è stato infatti possibile studiare il sottosuolo anche attraverso una stima più o meno realistica della distribuzione areale del modulo di Poisson e del modulo di taglio. Il primo ha permesso di mettere in risalto la circolazione di fluidi all’interno del sottosuolo (l’area con valori di Poisson maggiori di 0,47 indica, per il contesto in cui si trova, terreni molto probabilmente saturi d’acqua e quindi sottofalda), mentre il secondo ha permesso di studiare il sottosuolo da un punto di vista della sua rigidità, ed evidenziare pertanto che il substrato rigido, e più efficiente dal punto di vista geomeccanico, si trova a partire da circa 15 metri di profondità, e quindi dopo 5-6 metri di cappellaccio di alterazione.