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• monitoraggio di volata

Il presente lavoro di tesi è parte di un progetto che ha come obiettivo lo sviluppo di un radar interferometrico per il monitoraggio delle vibrazioni superficiali indotte dal brillamento di cariche esplosive (eventi di volata) in contesto di miniera a cielo aperto. Tale progetto è interamente sviluppato all’interno dell’azienda IDS GeoRadar s.r.l..
In questo elaborato si sono valutati punti di forza e limiti del sistema radar interferometrico IBIS-FB nel monitorare le vibrazioni superficiali indotte da eventi di volata; si è inoltre analizzato il tipo di onda registrata dallo stesso sensore.

Nella prima parte (Capitolo 1 e 2) viene fatta un’ introduzione sulle onde sismiche che possono essere generate nelle operazioni di volata; vengono inoltre presentate le principali analisi per il monitoraggio delle vibrazioni indotte da eventi di volata e le normative che ne regolamentano l’intensità. Le principali analisi consistono nel ricavare le relazioni di Peak Particle Velocity (PPV-SD) – Scaled Distance e Peak Particle Velocity – Frequency.
Nella seconda parte (Capitolo 3) viene presentata la tecnologia radar e i principi dell’interferometria; successivamente viene descritto il sistema IBIS-FB, che consiste in un sensore radar interferometrico operante in banda Ku.
Nella terza parte (Capitolo 4) vengono descritte le fasi di acquisizione ed elaborazione del dato. La fase di acquisizione è stata sviluppata in termini descrizione degli step da seguire per ottenere una configurazione di acquisizione ottimale ai fini delle analisi descritte nella prima parte; una geometria di acquisizione ideale è data dall’allineamento tra IBIS-FB, sito di volata e area monitorata. I parametri di acquisizione da impostare prima di ogni acquisizione sono, la frequenza di campionamento, la massima distanza dell’area monitorata e la lunghezza di ogni cella di risoluzione (detta risoluzione in range). L’area monitorata è divisa in celle di risoluzione, denominate range bin, le cui dimensioni dipendono dalla distanza rispetto al radar e dalla frequenza di campionamento, ogni range bin fornisce un dato di spostamento mediato sugli spostamenti di tutti punti che ricadono entro la determinata cella di risoluzione.
La quarta parte (Capitolo 5) è dedicata all’analisi delle onde superficiali; si ipotizza infatti che il sensore IBIS-FB sia più sensibile al rilevamento delle onde superficiali e in particolare alle onde di Rayleigh. Ciò è stato dedotto da un’analisi dell’ampiezza e della frequenza dei segnali registrati: elevata ampiezza e bassa frequenza sono infatti caratteristiche delle onde superficiali. Il sensore IBIS-FB misura lo spostamento lungo la sua linea di vista, e in funzione della geometria di acquisizione lo spostamento registrato può essere influenzato dalla componente radiale e verticale dello stesso; ciò rende il sensore radar sensibile alla rilevazione delle onde di Rayleigh che è noto vengano rilevate per mezzo di geofoni a componente verticale o radiale. Al fine di confermare l’ipotesi che si tratti di onde di Rayleigh è stato analizzato il comportamento, caratteristico, dispersivo di questo tipo di onde. Per questa analisi è stato necessario l’uso di un dato puntuale, ottenibile esclusivamente con l’uso dei corner reflector, tale strumento consiste in un tetraedro metallico dotato di un’elevata Radar cross section (cioè un’elevata capacità di riflettere segnale elettromagnetico). Il dato di spostamento registrato dal sensore IBIS-FB, relativo al range bin che contiene il corner reflector, sarà quindi più puntuale e permette di fare considerazioni sulla propagazione dell’onda sismica.
Si è individuato il metodo SASW (Spectral Analysis of Surface Waves) come metodo applicabile considerando i dati a disposizione. Questo metodo permette di ricavare una curva di dispersione attraverso un’acquisizione a due ricevitori e con un progressivo aumento di spaziatura tra i due per coprire un intervallo di frequenze significativo.
Nella quinta ed ultima parte (capitolo 6) si presentano 3 casi di studio, che consistono in 3 test effettuati per la valutazione delle prestazioni del sensore IBIS-FB nel monitoraggio degli eventi volata. In uno dei tre casi l’acquisizione è stata fatta in contemporanea con geofoni e corner reflector, consentendo il confronto dei due dati di spostamento puntuali. In generale si è valutato se i dati ottenuti dal monitoraggio con IBIS-FB siano adeguati per le analisi tradizionali Peak Particle Velocity – Scaled Distance e Peak Particle Velocity – Frequency, e secondariamente si è applicato il metodo SASW per lo studio del comportamento dispersivo delle onde di Rayleigh. Solo due casi di studio su tre hanno previsto l’acquisizione con l’ausilio dei corner reflector; di questi solo uno ha presentato un dato adatto alla suddetta analisi.

A valle delle analisi fatte in questo lavoro di tesi si può concludere che il sensore IBIS-FB sia un sistema utile alla rilevazione e alla misurazione della componente di Rayleigh delle onde sismiche generate durante gli eventi di volata. Rispetto alla tradizionale tecnologia dei sismografi, questo sistema offre la possibilità di effettuare una misurazione di tipo remoto, particolarmente vantaggioso nel monitoraggio delle aree non direttamente accessibili all’interno dei siti minerari; inoltre in una singola acquisizione viene rilevato un elevato numero di dati consentendo, in fase di interpretazione del dato, di eseguire significative analisi sulla Peak Particle Velocity.
L’analisi sulla componente dell’onda misurata dal sensore radar in questione è invece risultata limitata dal fatto che il dato misurato dal sensore radar interferometrico sia di tipo areale e non puntuale. Tale limite è superabile con l’ausilio dei corner reflector o con un cambiamento della configurazione del sistema radar al fine di ottenere una risoluzione angolare più elevata.