Il metodo Nakamura per lo studio dell'amplificazione locale

Cenni fondamentali

La tecnica proposta da Nakamura (1989), assume che i microtremori (il cosiddetto rumore di fondo registrabile in qualunque momento posizionando un sensore sismico sul terreno) consistano principalmente di un tipo di onde superficiali, le onde di Rayleigh, che si propagano in un singolo strato soffice su semispazio e che la presenza di questo strato sia la causa dell’amplificazione al sito. Tale tecnica, in parole povere, consiste nella registrazione, con un sismometro tridirezionale a tre componenti, dei microtremori e in elaborazioni sui segnali finalizzate alla misura dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del moto in superficie: tale operazione permette di quantificare la risposta dinamica del terreno in funzione della frequenza. L’importanza della tecnica di Nakamura risiede fondamentalmente nella possibilità di ottenere informazioni sull’amplificazione al sito anche nei casi in cui non si dispone di registrazioni di terremoti (sismogrammi e/o accelerogrammi).

Applicabilità

Il fondamento teorico del metodo era già noto, almeno in parte, prima della formulazione di Nakamura. L’impulso fondamentale all’utilizzazione della tecnica di Nakamura nell’ultimo decennio è dovuto al miglioramento tecnologico di una caratteristica dei sistemi di acquisizione dei segnali: la dinamica, ossia la capacità di rilevare segnali in un intervallo esteso di ampiezze e/o frequenze. Se si prende in considerazione l’ampiezza, è intuibile la differenza di ampiezza tra il microtremore e la vibrazione dovuta a un sisma locale o ad un’esplosione (p.e. per attività di cava). La frequenza, in sismologia, è legata prevalentemente alla distanza sorgente-sensore, diminuendo all’aumentare di quest’ultima.

La tecnica di Nakamura presenta il vantaggio di poter essere adoperata pressoché ovunque, purché siano garantite l’assenza di forti vibrazioni indotte da attività umane nelle vicinanze del punto di misura, e l’assenza di vento forte.

Un punto a favore della metodologia proposta riguarda il fatto che le misure possono essere eseguite non in contemporanea sui diversi punti di indagine di una stessa area e che non è necessario avere la registrazione di una stazione di riferimento.

Si vuole porre anche l'attenzione sulle possibilità che la tecnica offre per la misura dei periodi fondamentali di vibrazione direttamente sugli edifici e per indagini vibrometriche secondo la norma DIN 4150.

Strumentazione

Dal punto di vista generale la stima del fattore di amplificazione di sito (p.e. la funzione di trasferimento) e quindi la registrazione dei microremori naturali può essere effettuata con qualunque tipo di acquisitore e sismometro disponibile sul mercato ed ovviamente sviluppando il codice di calcolo per eseguire i rapporti spettrali tra le componenti del moto. Molto spesso però queste apparecchiature non sono facilmente trasportabili e sono composte da diverse unità (ad es. sismometro, acquisitore, batteria di alimentazione): ciò complica la messa in posa della strumentazione ed il suo trasporto, limitando quindi i punti di indagine che si possono effettuare ad esempio in una giornata di lavoro.

Per ovviare a questi inconvenienti si utilizza uno strumento innovativo portatile e compatto appositamente sviluppato per le misure dei microtremori ed il calcolo della funzione di amplificazione del terreno direttamente sul sito (un esempio nella figura seguente). Quest’ultima funzione è estremamente importante perché consente la visualizzazione dei dati, il loro processing e la qualità dei risultati in modo da ripetere immediatamente la misura o cambiare i parametri di acquisizione.