Analisi spettrale del rumore sismico ambientale per la caratterizzazione e il monitoraggio di corpi rocciosi

This work is focused on the analysis of ambient noise that is the continuous vibration of soil due to anthropogenic and natural sources. In particular it has been used the Horizontal to Vertical Spectral Ratios method (HVSR, Nakamura, 1989) through is evaluated the spectral ratio between the horizontal and vertical components of the seismic signal recorded. The HVSR has been originally proposed for the seismic mricrozonation of a site, that is the response of the site that is excited by seismic waves generated by an earthquake, and it allow to identify the vibration modes of the site and its resonance frequency. In this work, the spectral analysis of the seismic noise is focused on the study of potentially unstable rock blocks through the estimation of the resonance frequency and its variation over time. After an analysis of the scientific literature on the subject, the first part of the work is focused on the analysis of the records previously carried out on two distinct rock masses: Pietra di Bismantova e Torrioni di Rialba. For both cases, several measurement campaigns were carried out at different times and the variation in resonance frequency was identified. At a later time, two measurement campaigns were carried out. First measurement, performed on the Torrioni di Riaba, aims to evaluate the rock bolcks stability. The second one, performed on a small block (smaller than 1 m3) that has been destabilized until its collapse, aims to analyse the relationship between resonance frequency variation and stability of the rock block itself. The results obtained have confirmed the usefulness of this non-destructive monitoring technique which, compared to the other methodologies, does not require active energizing and allows faster acquisitions.

Questo elaborato di laurea è incentrato sull’analisi del rumore sismico ambientale, ovvero la continua vibrazione del suolo generata da sorgenti sia antropiche che naturali. Nello specifico viene utilizzato il metodo Horizontal to Vertical Spectral Ratios (HVSR, Nakamura, 1989) mediante il quale si valuta il rapporto tra gli spettri delle componenti orizzontali e verticali del segnale sismico registrato. Il metodo HVSR è stato originariamente proposto e largamente utilizzato per la microzonazione sismica, cioè per l’analisi della risposta di un sito sollecitato da onde sismiche generate da un terremoto, e permette di identificare le modalità di vibrazione del terreno e individuarne le eventuali frequenze di risonanza. In questo lavoro, l’analisi del rapporto spettrale del rumore sismico è orientata allo studio di corpi rocciosi potenzialmente instabili attraverso la stima delle frequenze di risonanza e il monitoraggio della loro evoluzione nel tempo. A valle di un’attenta analisi della letteratura scientifica sull’argomento, sono state prese in considerazione le indagini precedentemente effettuate su due ammassi rocciosi distinti: la Pietra di Bismantova (RE) e i Torrioni di Rialba (LC). In entrambi i siti sono state analizzate più campagne di misura effettuate in epoche differenti e sono state analizzate le variazioni di frequenza di risonanza eventualmente identificate nelle stazioni di misura. In seconda istanza sono state eseguite due nuove campagne di misurazione. La prima campagna è stata eseguita nel sito dei Torrioni di Rialba, con l’obiettivo di valutare la stabilità dei corpi rocciosi investigati in base alle variazioni dei parametri analizzati. La seconda campagna è stata eseguita su un blocco di dimensioni ridotte (inferiori a 1m3) artificialmente portato al crollo in fasi successive per analizzare in condizioni controllate la relazione tra variazione di frequenza di risonanza e stabilità dell’ammasso. I risultati ottenuti hanno confermato l’utilità di questa tecnica di monitoraggio non distruttiva che, rispetto ad altre più affermate metodologie geofisiche non richiede energizzazioni attive e permette acquisizioni più agevoli e veloci.