Analisi congiunta MASW + HVSR

Guida completa in PDF

Una guida di approfondimento sull'inversione congiunta è disponibile per il download: Analisi congiunta MASW-HVSR — guida (PDF).

L'analisi congiunta consiste nell'interpretare insieme la curva di dispersione ottenuta da una prova MASW e la curva H/V registrata con un tromometro sullo stesso punto, per ricavare un unico profilo di velocità delle onde di taglio che sia coerente con entrambe le misure.

Perché conviene unire le due misure

Ogni tecnica geofisica soffre del problema della non univocità: a uno stesso dato misurato corrispondono molti modelli di sottosuolo diversi, tutti teoricamente compatibili con la misura.

Nel caso della MASW il fenomeno è marcato: profili di terreno anche molto diversi fra loro possono produrre curve di dispersione praticamente sovrapponibili, con differenze di Vs30 sufficienti a cambiare la categoria di sottosuolo. Quando il software restituisce un profilo, quindi, non sta dicendo che gli altri sono sbagliati: sta restituendo uno dei profili compatibili con il dato.

Le due tecniche si completano a vicenda:

• la curva di dispersione descrive bene i primi metri, ma perde sensibilità in profondità;
• la curva H/V non fornisce da sola il profilo delle velocità, ma individua con precisione la frequenza di risonanza del sito e quindi la profondità del principale contrasto di impedenza, tipicamente il passaggio al substrato.

Richiedere che un unico modello spieghi entrambe le curve riduce fortemente l'ambiguità: si ottiene un profilo più stabile, esteso più in profondità e con il bedrock meglio definito.

Il rapporto costo/beneficio è molto favorevole

La registrazione HVSR richiede in genere 15-20 minuti di rumore ambientale con un tromometro a tre componenti. A fronte di questo tempo aggiuntivo, l'incertezza sul profilo si riduce in modo sostanziale.

Cosa serve in campo

Sullo stesso punto di indagine:

1. lo stendimento MASW consueto (geofoni e sorgente attiva);
2. una registrazione HVSR con tromometro a tre componenti, preferibilmente posizionato al centro dello stendimento.

Come si procede

L'elaborazione avviene in due fasi, in due programmi distinti:

Fase	Programma	Cosa si fa
1	Easy MASW	Si elaborano le tracce, si esegue il picking della curva di dispersione e si esportano le curve.
2	Easy HVSR	Si elabora la curva H/V, si importano le curve di dispersione e si esegue l'inversione congiunta.

In sintesi: Easy MASW prepara ed esporta il dato di dispersione, Easy HVSR esegue l'inversione congiunta.

Esportare le curve di dispersione da Easy MASW

Dopo aver completato il picking nella fase di analisi spettrale:

1. selezionare il comando Esporta dispersione dal gruppo Esportazione;
2. indicare il nome del file, con estensione .dsp;
3. il programma conferma il numero di punti esportati.

Vengono esportate tutte le curve modali presenti nel picking, ciascuna con il proprio numero di modo: il modo fondamentale (modo 0) e gli eventuali modi superiori.

Il file esportato

Il file .dsp è un semplice file di testo, leggibile e verificabile con qualsiasi editor. Contiene una riga per ogni punto pickato:

# GeoStru - curve di dispersione
# onda;modo;freq_Hz;vel_m_s
R;0;4.7312;491.680
R;0;5.0421;427.760
R;1;8.1515;367.600

dove:

• onda: tipo di onda a cui si riferisce la curva (R = Rayleigh);
• modo: 0 per il modo fondamentale, 1 per il primo modo superiore, e così via;
• freq_Hz: frequenza del punto, in Hertz;
• vel_m_s: velocità di fase, in metri al secondo.

Le righe che iniziano con # sono commenti. I valori decimali usano il punto come separatore, in modo che il file sia leggibile indipendentemente dalle impostazioni internazionali del computer.

Quali punti pickare: la banda utile dipende dallo stendimento

È il punto che più spesso rovina un'analisi congiunta, e non riguarda il software: riguarda la geometria dell'acquisizione.

Una prova MASW risolve in modo affidabile lunghezze d'onda dell'ordine della lunghezza dello stendimento. Ogni punto pickato, a frequenza f e velocità di fase v, corrisponde a una lunghezza d'onda:

\[\lambda = \frac{v}{f}\]

Se λ supera il doppio della lunghezza dello stendimento, quel punto è oltre la portata della misura: non contiene informazione sul terreno, ma solo l'incertezza del bordo dello spettro.

Un punto fuori banda non dà errore: dà un risultato sbagliato

Con uno stendimento di 24 m, un punto pickato a 4,7 Hz e 490 m/s corrisponde a λ = 104 m, oltre quattro volte la lunghezza dello stendimento. L'inversione, per spiegarlo, è costretta a inserire un substrato molto veloce a grande profondità — un bedrock che non esiste. Il fit resta ottimo e nessun indicatore segnala il problema.

Regola pratica: prima di esportare, calcolare λ = v/f per i punti alle frequenze più basse e confrontarlo con la lunghezza dello stendimento. I punti con λ oltre il doppio dello stendimento vanno esclusi dal picking.

La profondità realmente indagata

Dalla lunghezza d'onda massima utilizzabile discende la profondità di indagine, che è approssimativamente compresa fra λ_max/3 e λ_max/2.

Lunghezza stendimento	λ massima utile	Profondità indagata
24 m	~24-48 m	8-12 m
48 m	~48-96 m	16-24 m
72 m	~72-144 m	24-36 m

Il confronto con i 30 m richiesti dal Vs30 è immediato: con stendimenti corti la parte profonda del profilo non è misurata, è estrapolata. È esattamente la porzione che la curva H/V, che misura la risonanza dell'intera colonna, riesce a vincolare.

Detto altrimenti: più lo stendimento è corto, più l'analisi congiunta smette di essere un raffinamento e diventa necessaria.

Attenzione all'identificazione dei modi

Il numero di modo associato a ciascuna curva non viene dedotto dal programma: è quello che l'operatore ha assegnato durante il picking, e viene trasmesso così com'è all'inversione.

Si tratta del punto più delicato dell'intera procedura. Può accadere che il modo fondamentale sia poco energetico o del tutto assente dallo spettro, e che la curva più evidente sia in realtà un modo superiore: interpretarla come fondamentale porta a un profilo di velocità sistematicamente sovrastimato, senza che il fit della curva mostri alcuna anomalia.

Un buon fit non garantisce l'interpretazione

Se la curva di dispersione viene attribuita al modo sbagliato, l'inversione converge comunque a una soluzione con errore molto basso: il valore del misfit non segnala l'errore. Prima di esportare, verificare che l'attribuzione dei modi sullo spettro sia coerente con la distribuzione dell'energia, e in caso di dubbio valutare l'ipotesi che la curva visibile sia un modo superiore.

Vedi anche: Analisi spettrale, Inversione e profilo di velocità delle onde.