• processing
• onde di taglio
• sismica superficiale

Riassunto

Scopo del presente lavoro di Tesi di Laurea è quello di valutare l’applicabilità della sismica a riflessione ad onde SH in un contesto di difficile impiego ma per il quale ci possono essere potenziali ed interessanti sviluppi, quale lo studio della struttura interna di un corpo franoso.
L’applicazione della sismica a simili contesti non è nuova, ma comunemente è limitata all’uso delle onde compressionali rifratte, raramente sono impiegate quelle riflesse. I risultati che questi lavori propongono sono buoni e spesso concordi con quelli provenienti da altri tipi di indagini, ma soffrono di una bassa risoluzione nei livelli superficiali (entro le prime decine di metri); questo porta ad una buona individuazione delle strutture dei corpi in profondità ma una limitata o assente delineazione delle geometrie prossime alla superficie. La sismica ad onde P è quindi un metodo sicuramente valevole ed accertato ma, come tutti i metodi, presenta dei limiti, i quali possono presumibilmente essere superati integrando i dati con quelli provenienti da un’indagine simica a onde SH, caratterizzata da una risoluzione più elevata e quindi teoricamente più idonea alla delineazione degli orizzonti superficiali.
Come oggetto di studio è stato scelto un corpo franoso di grandi dimensioni quale la Grande Frana di Patigno, in provincia di Massa-Carrara nell’Appennino Settentrionale. Tale scelta è stata guidata principalmente dalla disponibilità di lavori pregressi effettuati in tale area (Federici et al. 2000, Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013); tramite questi studi, che contengono anche dati di indagini dirette (carotaggi e prove in foro) e di monitoraggio strumentale, sarà possibile effettuare un confronto dei risultati, avere un controllo della qualità dei dati ottenuti da questa Tesi e valutare gli eventuali vantaggi derivanti dall’applicazione congiunta delle diverse metodologie di indagine. E’ stato inoltre scelto di studiare questo dissesto per l’interesse che esso ricopre a livello generale, essendo una tipica frana appenninica per dimensioni, profondità e tipo di materiali coinvolti. La valutazione della prospezione ad onde SH riflesse e le scelte procedurali per l’elaborazione dei dati, offrono la possibilità di generalizzare la metodologia di indagine sviluppata, rendendola potenzialmente applicabile a numerosi altri contesti del panorama appenninico.
L’indagine si è svolta acquisendo una linea sismica a riflessione ad onde SH in corrispondenza di parte del profilo ad onde P del precedente lavoro (Anfuso 2010; Stucchi 2013) tramite sorgente appositamente ideata e costruita nell’officina meccanica del DST di Pisa. L’elaborazione dei dati così ottenuti, effettuata tramite software ProMax®, si è rivelata di non facile esecuzione in quanto all’usuale complessità del trattamento dati di sismica a riflessione andava in questo caso ad aggiungersi la peculiarità delle onde SH. Queste, rispetto alle onde compressionali comunemente trattate in simili elaborazioni, sono infatti caratterizzate da velocità minori e profondità di investigazione più limitate, e per questo necessitano di trattamenti e filtraggi mirati che riflettano tali caratteristiche. Inoltre, il dato si mostrava contaminato da molteplici eventi rumorosi tra cui, come prevedibile, le Onde di Love, tipicamente associate alla propagazione di onde SH in mezzi stratificati. L’eliminazione di tali disturbi si è rivelato di non facile soluzione, in quanto presentavano stessi tempi di arrivo e stessa banda di frequenza del segnale ricercato, ma appositi filtraggi direzionali ne hanno permesso una sufficiente attenuazione.

La sezione sismica ottenuta, e opportunamente migrata in profondità, mostra un buon rapporto segnale/rumore già in prossimità del piano campagna, con un buon numero di riflettori che si mostrano continui e dall’andamento plausibile in funzione del contesto a cui si riferiscono, con pendenze ragionevoli e concavità nella parte ad ovest del profilo che ben descrivono le geometrie tipiche delle zone di accumulo delle frane.
La sezione è stata poi confrontata con quella relativa alla sismica a riflessione ad onde P in modo tale da poter effettuare un’interpretazione geologica a varie profondità, sulla base dei risultati congiunti; il confronto è stato effettuato anche con i dati disponibili provenienti da una tomografia elettrica precedentemente effettuata in tale sede ( Anfuso 2010), anche se tale passaggio si è rivelato più complesso a causa della diversa natura delle proprietà fisiche su cui si basano le due metodologie e dei risultati che forniscono.

Alla luce dei risultati ottenuti, i presupposti teorici trovano conferma nelle sezioni sismiche finali, ovvero l’indagine ad onde SH ha dato i migliori risultati laddove l’indagine ad onde P non è riuscita a fornire informazioni rilevanti; l’acquisizione ad onde compressionali si è rivelata efficace per l’individuazione del piano principale di scivolamento, ma non fornisce alcuna indicazione riguardo l’intera porzione sovrastante questo piano. Al contrario, la metodologia ad onde SH ha permesso, grazie alla maggiore risoluzione, di individuare al di sopra della superficie di scivolamento una serie di eventi riflessi dalla buona continuità laterale e di discernere il corpo principale in due frane secondarie, in accordo con dati di sondaggi e relativi monitoraggi strumentali (Federici et al. 2000). Il segnale sismico ad onde SH riflesse, però, pur arrivando ad individuare il piano di scivolamento principale della frana, non lo fa con la stessa chiarezza delle onde compressionali a causa del minor rapporto segnale/rumore al procedere della profondità, soprattutto in termini di ampiezza. Le due metodologie si sono mostrate quindi complementari nella delineazione di eventi riflessi nell’intero intervallo di profondità in esame (0m-90m circa), associabili alla struttura interna del corpo franoso.
La tomografia elettrica mostra risultati intermedi tra le due applicazioni sismiche. Come le onde compressionali per l’impedenza acustica, ha infatti riconfermato la sua utilità nel riconoscimento di corpi dal forte contrasto di conduttività, quale è l’interfaccia corpo frana- substrato, ma si è rivelata però più soggetta alla creazione di artefatti (nel caso in esame, infatti, il piano di scivolamento della frana esibisce un andamento contrario a quello proposto dalle indagini sismiche, probabilmente a causa di una carenza di misure nell’area in esame); come le onde SH, è riuscita a fornire indicazioni su aree superficiali, corrispondenti in questo caso al corpo di frana, ma non gode di risoluzione sufficiente a delineare i livelli stratigrafici interni con la stessa accuratezza della sismica ad onde SH, che delle tre resta la metodologia più adeguata a tali scopi.
Le tre metodologie confrontate (sismica a riflessione ad onde P, simica a riflessione ad onde SH, tomografia elettrica) sono nel complesso applicabili allo studio di corpi interessati da movimento franoso di grandi dimensioni, e la scelta su quale prediligere dipende molto dall’obiettivo da perseguire: se le scopo è limitato alla sola individuazione della superficie di scivolamento, l’applicazione della sismica ad onde P può essere sufficiente; se è richiesto un maggior dettaglio della parte superficiale è utile affiancarvi una tomografia elettrica, mentre se una vera e propria ricostruzione interna del corpo e dei livelli stratigrafici fa parte dell’obiettivo dell’indagine, la sismica ad onde SH si è rivelata essere il metodo con maggiore garanzia di successo.
Considerando i risultati ottenuti nel presente lavoro, si può quindi concludere affermando che la sismica a riflessione ad onde SH ha rivelato delle ottime potenzialità che la rendono efficacemente applicabile anche alle tipologie di indagini in cui viene generalmente sottovalutata, ovvero dove è richiesta la delineazione di un mezzo superficiale anche di notevole complessità, quale un dissesto franoso composito.





Bibliografia citata
P.R. Federici, A. Puccinelli, A. Chelli, G. D’Amato Avanza, A. Ribolini e M. Verani, 2000, La Grande Frana di Patigno di Zeri (Massa Carrara). Memorie della Accademia Lunigianese di Scienze “Giovanni Capellini” Vol. LXX (2000) – Scienze naturali fisiche e matematiche

A.Anfuso, 2010, Metodologie geofisiche (geoelettrica e sismica) applicate allo studio dei corpi franosi: il caso della frana di Patigno di Zeri (Appennino settentrionale).

E. Stucchi1, A. Ribolini e A. Anfuso, 2013, High-resolution reflection seismic survey at the Patigno landslide, Northern Apennines, Italy. Near Surface Geophysics, 2013.