Esperienza di misura mediante lo strumento tromino per lo studio delle vibrazioni e delle sollecitazioni naturali e antropiche

Il rumore sismico ambientale è l’insieme delle piccole vibrazioni sismiche presenti ovunque sulla superficie terrestre e generate da sorgenti naturali o antropiche. Tra gli esempi più significativi, si può pensare agli effetti delle perturbazioni atmosferiche sulle onde oceaniche ed alla loro propagazione sul continente come onde di superficie, al traffico veicolare e alle attività industriali, che producono onde superficiali di Rayleigh, e, in generale, all’attività dinamica terrestre. Le onde sismiche che ne derivano sono tipicamente a bassa energia, con ampiezze dell’ordine di 10-4/10-2 mm [Okada, 2003]. Inoltre, in base al contenuto in frequenza inferiore o superiore a 0.5 Hz, si parla rispettivamente di microsismica (primariamente di origine naturale) o microtremore (di origine generalmente antropica). Il rumore sismico ambientale è una sorgente di eccitazione per la risonanza del sottosuolo e degli edifici, da cui la possibilità di estrarre da esso, mediante opportune tecniche di analisi, informazioni interessanti sui sistemi risonanti studiati. Il rumore sismico può usarsi per lo studio della stratigrafia del terreno, sulla base dell’analisi degli spettri di potenza dei segnali e dei rapporti spettrali [Kanai e Tanaka, 1954; Lermo, 1993; Yamanaka et al., 1993]. In particolare, il metodo dei rapporti spettrali H/V è particolarmente interessante perché consente di ottenere informazioni affidabili utilizzando strumentazione di basso costo e facile impiego. Esso è basato sul calcolo del rapporto degli spettri di Fourier del rumore nel piano orizzontale H (generalmente lo spettro H viene calcolato come media degli spettri di Fourier delle componenti orizzontali NS ed EW) e della componente verticale V [Nakamura, 1989]. Il significato teorico del rapporto spettrale H/V è abbastanza immediato nel caso in cui si consideri un mezzo semplice formato da due soli strati: il bedrock, cioè lo strato duro e profondo, ed uno strato superficiale più soffice. Si immagini che l’onda di superficie che viaggia nello strato superficiale sia riflessa all’interfaccia tra gli strati e interferisca costruttivamente con le onde incidenti, sommandosi e raggiungendo ampiezze massime per l’effetto di risonanza. Ciò accade quando la lunghezza dell’onda incidente !m è tale che = 4H /(2m !1) m " , con m =1, 2,L, dove il fattore 4 /(2m!1) ) deriva dal fatto che, all’interfaccia tra un mezzo soffice ed uno duro, avviene inversione di fase. Le corrispondenti frequenze di risonanza sono pertanto date da (2 1) 4 = m ! H V f s m , (1) dove s V è la velocità di propagazione delle onde di superficie nel mezzo considerato. Poiché il modo fondamentale m = 1 è nettamente dominante rispetto a quelli superiori, si ha semplicemente H V f s r 4 = , (2) frequenza di risonanza che può individuarsi quale picco del rapporto H/V. Le frequenze proprie del sottosuolo possono essere quindi eccitate dal rumore di fondo e diventare visibili nello spettro del rumore sismico misurato in superficie. Il rumore sismico ambientale può anche essere utilizzato per identificare le frequenze proprie di vibrazione di un edificio. Un tale tipo di applicazione è profondamente diverso da quella che impiega i rapporti H/V, e i metodi di processamento dell’informazione sono piuttosto diversi, ma la strumentazione da utilizzare è esattamente la stessa perché in entrambi i casi l’obiettivo è estrarre informazione significativa da debole rumore sismico. In particolare, è attualmente disponibile uno strumento particolarmente compatto, economico e di semplice utilizzo come il tomografo digitale Tromino [Castellaro et al. 2005], grazie al quale questi metodi di sismica passiva hanno iniziato ad avere larga diffusione nella valutazione degli effetti di sito [Mulargia et al. 2007]. Nel caso in cui la frequenza di risonanza del sottosuolo coincida con quella di un edificio presente, in caso di terremoto può aversi un fenomeno di accoppiamento fra le due modalità di vibrazione. Questo effetto di amplificazione sismica produrrà un grande aumento della sollecitazione sugli edifici. Per questo motivo, l’amplificazione sismica è oggi considerata la prima causa dei danni indotti dal 6 terremoto e per questo motivo una attenta analisi delle frequenze caratteristiche dei siti viene effettuata nella fase di progettazione degli edifici. Va inoltre considerato che la stima delle frequenze di risonanza degli edifici può essere monitorata nel tempo, nella ben fondata ipotesi che un cambiamento sensibile dei modi principali della struttura sia legata al danneggiamento o all’alterazione della struttura stessa. In generale, un danneggiamento si traduce infatti in una diminuzione sia della frequenza di risonanza per ciascun modo, sia nella diminuzione del rapporto di smorzamento, tanto che l’analisi modale sperimentale (experimental modal analysis, o EMA) è correntemente utilizzata nella valutazione con tecniche non distruttive dello stato di salute di una struttura. In questo lavoro viene descritta una esperienza effettuata dall’INGV (Sezione di Bologna) di osservazione e di analisi dei dati rilevati mediante Tromino in un edificio situato in una zona altamente trafficata da mezzi e veicoli pesanti. Gli obiettivi di questa prima esperienza sono: (i) misurare le vibrazioni a cui gli edifici sono soggetti per effetto del traffico stradale, in modo da verificare se le normative vigenti in merito sono rispettate oppure no; (ii) fornire una prima stima delle frequenze di risonanza dell’edificio, da verificare in futuro in ulteriori sessioni di misura, operando in modo da rendere possibile un’analisi modale sperimentale completa a partire dai dati acquisiti ora

Searching for life with rovers: exploration methods and science results from the 2004 field campaign of the “Life in the Atacama” project and applications to future Mars Missions

LITA develops and field tests a long-range automated rover and a science payload to search for microbial life in the Atacama. The Atacama's evolution provides a unique training ground for designing and testing exploration strategies and life detection methods for the search for life on Mars

Terrestrial Laser Scanner Resolution: Numerical Simulations and Experiments on Spatial Sampling Optimization

An empirical approach is proposed in order to evaluate the largest spot spacing allowing the appropriate resolution to recognize the required surface details in a terrestrial laser scanner (TLS) survey. The suitable combination of laser beam divergence and spot spacing for the effective scanning angular resolution has been studied by numerical simulation experiments with an artificial target taken from distances between 25 m and 100 m, and observations of real surfaces. The tests have been performed by using the Optech ILRIS-3D instrument. Results show that the discrimination of elements smaller than a third of the beam divergence (D) is not possible and that the ratio between the used spot-spacing (ss) and the element size (TS) is linearly related to the acquisition range. The zero and first order parameters of this linear trend are computed and used to solve for the maximum efficient ss at defined ranges for a defined TS. Despite the fact that the parameters are obtained for the Optech ILRIS-3D scanner case, and depend on its specific technical data and performances, the proposed method has general validity and it can be used to estimate the corresponding parameters for other instruments. The obtained results allow the optimization of a TLS survey in terms of acquisition time and surface details recognition

Omeonga-A possible large impact structure on the Eastern Kasai Province (D.R. Congo)?

The Omeonga ring structure (D.R. Congo) shows a remarkable drainage pattern encircling an area up to 45km wide and encompassing a central smoothed relief 20km wide. This inner circular ridge is elevated about 70m above the ring depression corresponding to the bed of the Unia River, which flows between the inner ridge and an outer irregular ridge. Landsat 7 ETM and ASTER DEM show that the structural characteristics resemble those of several wide impact structures known on Earth. Other geological modes of origin that could produce ring structures, such as magmatic activity, salt diapirism, and karst dissolution have been considered. However, after evaluating the regional stratigraphy, the distribution of volcanism, and morphometry, these processes seem to be rather unlikely. If of impact origin, the age of the Omeonga structure can be constrained to the Late Cretaceous-Cenozoic according to the youngest units in which the ring structure was formed. © The Meteoritical Society, 2011

Strategy for the detection of vertical movements in historical environments from fast high-precision GPS measurements

A continuous global positioning system station (CGPS) provides accurate coordinate time series, while episodic GPS stations (EGPSs), which operated throughout short measurement sessions, are generally used to improve the monitoring spatial density. In an urban environment, EGPSs are typically equipped with removable mounts (topographical tripod or bipod). In this paper, a method is proposed in order to evaluate vertical surface motions by means of differential measurements of removable mount EGPSs with respect to a nearby reference CGPS. For each day, the correct position of this CGPS is used as reference for the quick differential EGPS measurements to allow the correction of their positions. The method is applied to evaluate the subsidence in the centre of Bologna, which is characterized by significant vertical movements, probably related to seasonal climatic effects, and where these movements differ significantly even among closely spaced locationsPublished230-2401.8. Osservazioni di geofisica ambientaleJCR Journalreserve