Nelle NTC le strutture risuonano, e i terreni?
Nelle Norme tecniche sulle costruzioni, il comportamento sismico di una struttura è governato da ciò che accade, nello spettro di risposta, al periodo proprio (o al periodo dei primi modi di vibrare) della struttura stessa. Qual è il comportamento del terreno di fondazione, come si misura?
Misurare il comportamento sismico del terreno di fondazione
L’ascissa dello spettro di risposta è competenza del progettista: è suo il compito di calcolare o misurare i periodi propri dell’opera in esame (vd. ad esempio Structural Health Monitoring: il sottile confine tra salute e malattia di una struttura).
L’ordinata dello spettro di risposta appartiene invece al mondo della geofisica e della geologia. La ricerca geofisica di base fornisce stime della pericolosità sismica ‘generale’ ma sono poi le caratteristiche specifiche dei terreni nella parte più superficiale della Terra a governare l’ampiezza delle onde sismiche che incideranno sulle strutture.
I modi di vibrare (risonanza) del suolo: come possono essere misurati?
Se è normale pensare ad una struttura come una serie di oscillatori armonici semplici, è forse meno noto che anche il terreno possa essere modellato allo stesso modo e che anche il terreno abbia dei modi propri di vibrare, che sono facilmente misurabili come quelli delle strutture.
Per un oscillatore semplice il periodo proprio T è proporzionale al rapporto tra massa e rigidezza,
Nei terreni il periodo proprio è T0=4H/V, dove H è lo spessore dello strato geologico che risuona e V la velocità di propagazione delle onde sismiche P o S, a seconda del modo di vibrare che si considera.
Anche per i terreni i periodi propri sono direttamente proporzionali alle masse (qui intese come spessori degli strati) e inversamente proporzionali alle rigidezze (essendo le velocità delle onde sismiche strettamente legate ai moduli elastici dei terreni).
L’aspetto più interessante di queste semplici formule è che misurando i periodi propri (più spesso indicati come frequenze di risonanza) dei terreni, si ha una informazione immediata su come è fatto il terreno anche a grandissime profondità, come in Figura 1.
Figura 1. Ricostruzione del basamento roccioso in una valle alpina per mezzo di misure di risonanza dei terreni effettuate con Tromino® Blu di MoHo srl. Lo studio completo è pubblicato in Sgattoni e Castellaro (Geophys. J. Int., 2020) e può essere richiesto a support@moho.world.
Ancora più interessante è il fatto che ogni singola misura dei modi propri di una struttura, nasconde al suo interno anche i modi propri del terreno. Un esempio è dato in Figura 2, dove sono chiaramente distinguibili i modi propri della Torre di Pisa da quelli del terreno di fondazione. Dalle misure si capisce anche chiaramente che piazza dei Miracoli è sita su un terreno sedimentario sovrastante un bedrock sismico a diverse centinaia di metri di profondità. Sapreste distinguere queste informazioni negli spettri acquisiti con Tromino® sulla torre? Sapreste come usarli?
C’è un mare di informazione in queste misure: sia strutturale, sia geologica.
Se non riuscite a vederla, partecipate ai corsi specialistici online di caratterizzazione dinamica dei terreni e delle strutture di MoHo srl: è un vero peccato non saper leggere tutto quello che può essere contenuto in 10 minuti di misura!
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Figura 2. I modi di vibrare della Torre di Pisa misurati con Tromino® Blu di MoHo srl, comandabile anche da dispositivi mobili.
Chi è MOHO
MoHo srl progetta e produce TROMINO®.
TROMINO®, nato nel 2002 da un brevetto internazionale, ha fatto diventare popolare la tecnica sismica passiva a stazione singola e l’H/V in Italia e oltre. Negli anni, il progetto iniziale di TROMINO® è evoluto per permettere l’analisi modale delle strutture, il monitoraggio di vibrazioni, la prospezione sismica attiva a onde di superficie e molto altro.
SOILSPY, il secondo nato nella linea dei prodotti per la Geofisica (2007), ha segnato una svolta nella sismica multicanale, rendendola davvero portatile e abbattendo tempi e fatica nelle fasi di acquisizione e pre-processing dei dati.
Con ELECTRA (2008), anche la prospezione elettrica ha percorso strade nuove e si applica ora a scale e problemi diversi con ELECTRA MATRIX.
Accanto alle linee di produzione per la prospezione geofisica, è attiva una linea di produzione per i monitoraggi permanenti delle strutture, ad uso dell’Ingegneria Civile, dei servizi di protezione civile e simili: il suo nome è SURICAT (2016).
MoHo srl inventa, progetta e realizza in modo autonomo sia l’hardware che il software delle proprie apparecchiature. Ricerca, sviluppo e produzione vengono effettuate interamente nella sede di Venezia (Italia).
