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:
- lo stendimento MASW consueto (geofoni e sorgente attiva);
- una registrazione HVSR con tromometro a tre componenti, preferibilmente posizionato al centro dello stendimento.
Come si procede¶
L'elaborazione avviene in fasi successive, 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. |
| 3 | Easy MASW | Si importa il modello finale e lo si verifica sullo spettro velocità-frequenza, per documentarlo anche in questa relazione. |
In sintesi: Easy MASW prepara ed esporta il dato di dispersione, Easy HVSR esegue l'inversione congiunta, il modello finale può tornare in Easy MASW per la verifica e la relazione.
La fase 3 è facoltativa e serve quando la relazione tecnica viene prodotta con Easy MASW.
Esportare le curve di dispersione da Easy MASW¶
Dopo aver completato il picking nella fase di analisi spettrale:
- selezionare il comando Esporta dispersione dal gruppo Esportazione;
- indicare il nome del file, con estensione
.dsp; - 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.
Importare il modello finale dall'analisi congiunta¶
Il modello di velocità ottenuto in Easy HVSR può essere riportato qui e verificato sullo spettro velocità-frequenza, sopra i punti pickati. Senza questo passaggio il progetto Easy MASW conserverebbe il modello della sola elaborazione MASW, che in generale non coincide con il risultato dell'analisi congiunta: la relazione documenterebbe un profilo diverso da quello adottato.
- In Easy HVSR, al termine della Ricerca, usare Esporta modello di velocità e salvare il file
.vsm. - Qui, con il progetto della stessa prova aperto, selezionare Importa modello di velocità dal gruppo Esportazione.
Il programma carica gli strati nella tabella dell'inversione e ne calcola subito la curva di dispersione teorica, che compare sovrapposta allo spettro velocità-frequenza insieme ai punti pickati. Si aggiornano di conseguenza il profilo Vs, la Vs30 con la categoria di sottosuolo e le immagini della relazione.
Il picking deve essere già fatto
L'import serve a verificare il modello sui dati di questa prova: se il picking della curva di dispersione non è stato eseguito, non c'è nulla con cui confrontarlo e il comando lo segnala.
Come si legge il risultato¶
L'errore percentuale e il fattore di disadattamento mostrati dopo l'import sono calcolati da Easy MASW sui punti pickati in questo progetto: dicono quanto il modello congiunto segue la curva di dispersione misurata qui. Sono un numero diverso dal disadattamento H/V calcolato da Easy HVSR, che riguarda il rapporto spettrale: entrambi vengono riportati in relazione, distinti.
Un modello congiunto ben riuscito segue ragionevolmente i punti pickati pur non essendo stato ottenuto minimizzando solo quelli. Uno scarto visibilmente peggiore di quello dell'inversione MASW da sola è normale ed è il prezzo del vincolo aggiuntivo dell'H/V; uno scarto molto grande, invece, segnala che le due misure non sono compatibili — in genere prove eseguite in punti diversi o un'attribuzione dei modi da rivedere.
Gli strati arrivano bloccati¶
Dopo l'import, Vs e spessori di tutti gli strati sono bloccati (lucchetto nelle colonne Spessore bloccato e Vs fissa): il modello documentato deve restare esattamente quello dell'analisi congiunta, e un nuovo calcolo lo lascia invariato.
Se si vuole invece ripartire da quel modello per una nuova inversione con i soli dati MASW, basta togliere i lucchetti dalla tabella: i limiti di ricerca sono già impostati attorno ai valori importati.
La provenienza si perde se il modello viene modificato
In relazione, sotto la tabella dell'inversione, compare la riga Modello importato da con il disadattamento e le frequenze di risonanza dichiarati da Easy HVSR. Quella riga sparisce non appena il modello viene modificato — sbloccando gli strati e rilanciando il calcolo, oppure cambiando un valore in tabella — perché il modello non è più quello dell'analisi congiunta.
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:
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 λmax/3 e λmax/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.