Metodologia HVSR

La misura di microtremore a stazione singola deve avere una durata commisurata alla frequenza di indagine di interesse. Le misure di tipo passivo mirano a determinare caratteristiche medie del moto del suolo associato alle vibrazioni ambientali. Dal punto di vista pratico, nelle prove di sismica passiva si tratta di misurare vibrazioni del terreno caratterizzate da ampiezze molto piccole. Questo implica che la prova vada effettuata con cura, soprattutto per quanto riguarda l’accoppiamento dello strumento di misura con il terreno e la riduzione delle possibili fonti di disturbo nelle immediate vicinanze dei sensori. Tale tecnica costituisce una parte importante nella valutazione del rischio sismico di un determinato sito perché permette di calcolarne la frequenza fondamentale o frequenza di risonanza.

La frequenza caratteristica di risonanza di un sito rappresenta un parametro fondamentale per il corretto dimensionamento degli edifici in termini di risposta sismica locale. Si dovranno quindi adottare adeguate precauzioni nell’edificare edifici aventi la medesima frequenza di vibrazione del terreno per evitare effetti di “doppia risonanza”, estremamente pericolosi.

La frequenza fondamentale di risonanza di un edificio può essere misurata eseguendo le misurazioni all’interno dello stesso. In seguito sarà possibile confrontarla con quella del terreno su cui sorge per comprendere al meglio il rischio sismico a cui è sottoposto l’edificio in caso di sisma. Infatti la pericolosità è dovuta per l’effetto della doppia risonanza terreno – struttura (esistente o di progetto) laddove risultino coerenti i valori della frequenza di sito e quelli della struttura in analisi, per la quale il periodo fondamentale, se non direttamente misurato, può essere preliminarmente stimato dalla relazione:

Ted ≈ Ch3/4 ≈ n/10

dove: Ted è il periodo dell’edificio, h è la sua altezza ed n è il numero di piani; mentre il parametro C = 0,050 edifici in muratura, C= 0.075 edifici in muratura e calcestruzzo, C= 0.085 edifici a telaio in calcestruzzo.

Le vibrazioni sismiche ambientali (rumore sismico) sono onde sismiche di bassa energia con ampiezze dell’ordine di 10-4 – 10-2 mm. Per quanto riguarda l’origine del rumore sismico, è certo che le sorgenti dei microsismi sono le perturbazioni atmosferiche sugli oceani che si propagano come onde superficiali sui continenti, mentre le sorgenti dei microtremori sono le attività antropiche come il traffico veicolare, le attività industriali etc. e si propagano come onde superficiali di Rayleigh. Le misure puntuali di rumore sismico possono essere utilizzate per la stima sia degli effetti di sito (funzione di amplificazione), sia degli effetti sulle costruzioni nel rispetto della normativa che ne stabilisce la soglia massima.

In relazione agli effetti di sito, l’analisi delle misure di rumore sismico può essere condotta con tre metodi:

  • Spettri di Fourier
  • Rapporti spettrali
  • Rapporti spettrali H/V

Tra questi quello che sembra fornire i risultati migliori è quello dei Rapporti spettrali H/V noto anche come metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) o metodo di Nakamura .

Tale tecnica, ampiamente utilizzata da anni nel settore sismologico, di recente viene sempre più impiegata in campo geotecnico / ingegneristico per derivare i seguenti parametri:

  • la frequenza fondamentale di risonanza Fo dei terreni presenti nel sottosuolo;
  • la stima del profilo del terreno in termini delle velocità Vs e Vp e della densità e quindi delle velocità Vs nei primi 30 m (ed oltre) dal piano campagna , attraverso opportuni metodi di inversione;
  • la frequenza fondamentale di risonanza di un edificio e i relativi modi di vibrare.