Home GeoForum Forums Geologia & Professione Chiedilo ai geologi Tromografo da 2 hz o da 4,5 hz?

Buongiorno,
qualcuno sa dirmi la differenza tra un tromografo con sensore da 2 Hz oppure con sensore da 4,5 hz?

E' solo una questione di risoluzione del segnale registrato oppure hanno due utilizzi differenti?

Silvano

Se ti riferisci alla determinazione del rapporto HVSR, per picchi del grafico a bassa frequenza (molto indicativamente sotto 0.5 Hz)dovrebbe essere più sensibile) quello da 2 Hz. Poi dipende anche dalle specifiche tecniche indicate dal costruttore che indicherà il range di sensibilità dello strumento. A memoria, mi sembra di ricordare, che in uno dei documenti del progetto SESAME si suggeriva di ripetere la prova con uno strumento più sensibile qualora si evidenziassero picchi del grafico a frequenza inferiore a 0.5 Hz (o a 1 Hz non ricordo il valore che indicavano) rilevati con uno strumento con frequenza dei sensori alta (direi che l'esempio era proprio con 4.5 Hz). In linea generale, più il picco del grafico è a frequenza bassa più è correlato ad un contrasto d'impedenza a maggiore profondità (che dipende però anche dalla velocità dei terreni soprastanti), per cui dipende anche da dove lavori e che cosa vuoi rilevare. Per quello che ho visto in giro viene utilizzato il 4.5 Hz anche in zone dove il contrasto d'impedenza arriva ad essere a 100-120 mm (con picchi HVSR, per le mie zone, attorno a 0.8-1 Hz). Qualcuno s'arrischia anche a prendere in considerazione picchi a frequenza di 0.2-0.3 Hz interpretandoli come determinati da contrasti d'impendeza più profondi (>150 m, forse in questi casi occorrerebbe utilizzare lo strumento un po' più sensibile, ma è un'opinione personale.

Le Linee Guida Sesame (Sesame H/V users guidelines) affermano (mia traduzione libera...):
"non è raccomandabile utilizzare sensori con frequenza propria superiore alla più bassa frequenza di interesse".
Traduzione ancor più libera... se hai un sensore a da 4.5 Hz non venirmi a raccontare che hai "visto" dei picchi a 0.5 Hz...

In parole povere con il 2 Hz riesci a "leggere" frequenze più basse che con il 4.5 Hz, che come già detto sono associabili a maggiori profondità.
Le terne che si usano comunemente nell'ambito professionale sono da 4.5 Hz, e i produttori (almeno quelli che conosco) affermano che comunque sotto 1 Hz si arriva (anche se considerare affidabili picchi a 0,2-0,3 Hz mi sembra decisamente eccessivo), sempre tenendo presenti i limiti imposti dalla diminuzione della sensibilità dello strumento; in passato ho avuto la possibilità di confrontare due registrazioni contemporanee di un 4.5 Hz e di un 2 Hz, ed erano identiche (in quel caso non c'erano comunque picchi a bassa frequenza). Comunque, contestualmente all'acquisto (e alle tarature periodiche) dovrebbero darti un grafico indicante proprio la curva di risposta dei sensori della terna, dove puoi vedere come rispondono alle varie frequenze.
Come giustamente detto da altri in precedenza, la scelta dell'una o dell'altra terna dipende da cosa devi fare...

Sul mercato ci sono ottimi strumenti con sensori da 2 Hz, con prezzi assolutamente accettabili, basta cercare con attenzione.

Per aggiungere un'informazione a quelle già fornite vorrei dire che sotto la frequenza di taglio (2Hz o 4,5Hz) la sensibilità del geofono cala abbastanza linearmente fino ad arrivare a zero quindi "in teoria" è possibile vedere qualcosa anche nella zona fra la frequenza zero e la frequenza di taglio. Inoltre è possibile equalizzare i segnali per aumentare virtualmente la sensibilità anche alle basse frequenze.

CHE I GEOFONI DA 4,5 HZ è al contrario di quanto scritto è possibile ricavare frequenze si hvsr anche e al di sotto dei O,5 hz se lo strumento utilizzato è di buona qualità.

La frequenza di risonanza di 1,2,2,5 ,4 ,4,5,8,12,16, 50,100 hz indicano la frequenza in cui il geofono incomincia a comportarsi non più in maniera lineare a parità di ampiezza del segnale

Al di sotto della frequenza di risonanza tipica del geofono si ha una attenuazione del segnale che tende a ridurre l'ampiezza.

Tale riduzione avviene in maniera uguale tra i tre geofoni quindi il rapporto HVSR rimane inalterato anche al di sotto dei 0,5 hz

Quello che in effetti cambia è l'ampiezza del segnale spettrale ottenuto con la FFT , ma la cosa è facilmente risolvibile con l'equalizzazione del segnale, in pratica l'ampiezza dello spettro viene ricalcolato in base al decadimento del segnale per ogni frequenza iesima al di sotto della frequenza di risonanza del geofono.

Si tenga presente che i geofoni da 2 hz sono molto delicati, difficili da equalizzare, sensibili agli sbalzi di temperatura, più facilmente starabili, molto costosi, e con un tempo di smorzamento molto lungo che fa vibrare per parecchio tempo il geofono a seguito di ogni rumore antropico.

Per i geofoni ad 1 hz ad esempio è consigliabile un tempo di attesa prima di iniziare, ciò comporta la riduzione di finestre utili per eseguire l'elaborazione.

Lo stesso problema lo si ha anche con i geodoni da 2 hz anche se in maniera ridotta

Consiglio quindi geofoni da 4,5 HZ più stabili, meno delicati e costosi meno influenzabili dai rumori antropici e vento.

Devi convincere Sesame a riscrivere le linee guida...

Carlo, rimane il fatto che con il geofono da 4.5 Hz si vedono bene o benissimo molti contrasti nel range 0.5 - 1 Hz, in funzione anche dell'energizzazione del sistema e della sua messa in risonanza (minore frequenza, maggiore massa, maggior energia richiesta).
L'esempio di Valco San Paolo in Roma è eloquente, con un pronunciato picco dei microtremori a 0.9 Hz confermato da tutti gli altri sofisticati rilievi e dal modello sismostratigrafico (vedi l'articolo di Bozzano e Caserta).

Un altro esempio è il picco del bedrock profondo sotto l'Aquila (0.6 Hz) visibile in molti rilievi con il geofono da 0.45 Hz e confermato da indagini con il Lennarz e dal modello stratigrafico.

Le linee guida Sesame danno l'impressione di essere talora poco flessibili e non mirate alla pratica professionale.

Indubbiamente poi, lo scopo dell'indagine governa l'utilizzo del sensore.

Se lo scopo è quello di individuare risonanze a bassa frequenza (< 0.75 Hz circa), allora lo strumento più adatto sarebbe il Lennarz con sensori di 0.1 o 0.5 Hz, massa cospicua, costo idem, generalmente acquistato dalle università ma non dai professionisti.

Come tu hai spesso ricordato, ci dobbiamo basare sulla letteratura scientifica consolidata per poter utilizzare una strumentazione spesso vista con "sospetto" da alcuni (mi riferisco a chi controlla, o "dovrebbe controllare"). Nel campo di cui stiamo parlando le linee guida Sesame sono lo stato dell'arte e noi abbiamo pochi argomenti per giustificare l'utilizzo di strumenti che, in teoria, non vedono nulla sotto la loro frequenza caratteristica.
Che poi alcuni picchi sotto 1 Hz siano visibili anche con sensori da 4.5 Hz l'ho constatato anch'io; devo tuttavia far rilevare che guardando le curve dei singoli sensori sotto i 2 Hz si vede una deriva che rende difficile comprendere come poi salti fuori il picco...

Carlo, però anche secondo la teoria, come spiega dolfrang,i geofoni da 4.5 Hz possono vedere le frequenze minori.

Poi, quando la pratica smentisce le linee guida, non posso più ritenerle sempre affidabili.

Il picco di Valco S. paolo è un esempio eclatante. il picco è evidentissimo a 0.9 Hz con lo strumento micromed che monta esclusivamente geofoni da 4.5 Hz.

Il picco è confermato da:

-Contrasto a 55 m evidente da sondaggio profondo
-Sofisticati arrays di superficie con strumentazione Lennarz
-Modelli numerici di RSL.

I picchi inferiori invece sono visti dal Lennarz ma non dal tromino micromed.

I contesti poi possono essere diversi, nella tua zona può essere che i colleghi vedano contrasti quando i picchi sono appena visibili e possono costituire disturbi. A frequenze molto basse con il 4.5 Hz i contrasti profondi si vedono solo in determinate condizioni di energizzazione e con rilievi molto lunghi, mentre con il Lennarz di 0.2 Hz si vedono sempre.

Gli strumenti con geofono 4.5 Hz non sono progettati per vedere picchi a frequenze molto basse, ma l'esperienza insegna che fino ad 1 Hz vedono benissimo, da 0.5 a 1 vedono spesso bene, al di sotto vedono raramente.

perfetto, allora che qualcuno aggiorni le linee guida, perchè altrimenti troveremo sempre qualcuno che ci contesta il lavoro!!!

Carlo, ti riferisci alle linee guida del 2004?

http://sesame.geopsy.org/Delivrables/D08-02_Texte.pdf

dammi conferma o meno, possiamo iniziare un thread per discutere i dettagli se non ci sono ulteriori aggiornamenti

Discussione molto interessante!!!!!
Per quanto intuisco:
è vero o non è vero che picchi di frequenza inferiori ai valori minimi della strumentazione utilizzata potrebbero a ragion veduta essere contestati da un eventuale controllore, viste le linee guida SESAME che raccomandano frequenze proprie della strumentazione di 0,2 Hz o perlomeno con frequenza inferiore a quella di picco rilevata.

Si tratta anche di interpretare flessibilmente le indicazioni delle linee guida. In merito a quelle del 2004, queste non escludono l'utilizzo di sensori con alta frequenza, semplicemente non lo raccomandano:



Vediamo poi che la soglia di affidabilità viene fissata a 1 Hz (il che è un'ammissione di flessibilità delle raccomandazioni), vediamo inoltre che in caso di picchi < 1 Hz questi possono essere verificati tramite la procedura del 3.3.2.b.

In sintesi, le linee guida del 2004 riflettono lo stato dell'arte di 10 anni fa. Tutti o quasi utilizzavano Lennarz e simili con risonanza a 5 secondi. Questo tipo di strumentazione è di interesse per gli accademici che vogliono studiare i contrasti profondi, ma non per i professionisti

I tempi sono cambiati, le linee guida dovrebbero essere adeguate.
Ho notato che viene validata la misura su asfalto, ma l'esempio è limitato e ingannevole.

Si tratta di un picco alle medio-basse frequenze, non influenzato dall'asfalto e dal sottostante sottofondo. Picchi di maggiore frequenza lo sono come evidenzia letteratura più recente e, soprattutto, la pratica..

Le linee guida in sintesi sembrano essere indirizzate più per picchi di bassa frequenza, posti in profondità.

Inoltre ripeto, in un campo come quello dell'elettronica dove l'evoluzione della tecnologia è veloce, le linee guida dovrebbero essere rinnovate ogni 3 o al massimo 5 anni.

Non voglio fare l'avvocato del diavolo ma sono solo delle domande e riflessioni per un eventuale acquisto....
dunque, 1) se la soglia di affidabilità è fissata ad 1 Hertz significa che sensori con frequenze maggiori non sono affidabili, o no?;
2) sbagliate o giuste, nuove o vecchie le linee guida SESAME sono queste, e fino alla nuova eventuale edizione rimangono queste, quindi o si adottano o non si adottano non credo che lascino molto spazio a interpretazioni opportunistiche;
3) desumo quindi che la definizione o la non definizione di picchi inferiori a quelli dello strumento diventa "non raccomandabile" con tutte le assunzioni di responsabilità che ne seguono.

Punto 1): non esattamente, la mia interpretazione è che da 1 Hz in su anche sensori con risonanza a maggiore frequenza possono andare bene. Al di sotto di 1 Hz, meno o per niente.
Punto 2: dipende, non si tratta di una normativa, ma dello stato delle conoscenze al 2004. prima dell'invenzione del tromino e dei misuratori ad elevata portabilità.
3): legalmente, se il produttore mi garantisce affidabilità fino ad una certa frequenza, inferiore a quella di risonanza del velocimetro, e se il professionista ha materiale che dimostra la veridicità delle asserzioni del produttore, cosa avrà la prevalenza, linee guida del 2004 o l'evidenza empirica più recente?
Quelle linee guida sono fuorvianti in più di un aspetto...
Vi dico la verità, io stralcio sempre via dalle relazioni anche le condizioni di affidabilità dei picchi, basandomi maggiormente sull'ancoraggio stratigrafico per giudicare l'affidabilità dei contrasti di impedenza segnalati.

Punto 1: a me le linee guida sembrano piuttosto chiare e poco interpretabili, non impongono ma raccomandano, poi ognuno è libero di operare come crede, pur dovendo ammettere che fra un tromografo da 0,2 Hz di risonanza e uno a 4,5 Hz ci dovrebbe essere una certa differenza, oltre che di prezzo;
Punto 2:la versione delle mie linee guida è datata 2008, non conosco se ci sono versioni posteriori;
Punto 3: legalmente la responsabilità dei produttori della strumentazione sulla utilizzazione finale è proprio zero, teoricamente è possibile fare letture di frequenze inferiori a quelle di risonanza ma praticamente è "poco raccomandabile" e qui casca l'asino; tutt'altra storia è se si conoscono indagini dirette molto approfondite.

2008? Mi sono sfuggite, si vede forse che non sono un gran fan delle SESAME eh eh??

Permettimi un aggiornamento al più presto possibile.

Continuerò la discussione con altri esempi. Il succo del discorso però, pragmaticamente, è che, se l'ufficio che controlla vuole prendere alla lettera le linee guida SESAME (ossia obbligare al rispetto delle raccomandazioni) per noi i lavoro si complica parecchio. Non so quanto costi adesso il Lennarz da 0.5 secondi (che ci permetterebbe secondo le SESAME un range completo di rilevazioni di frequenza). Credo almeno 20000 Euro, forse 25000, più la scomodità di trasportare uno strumento pesante nel campo.

Poi, c'è la questione delle frequenze superiori. Ossia, il discorso delle SESAME vale in un senso o anche nell'altro?

Per quanto ne sappia il picco di risonanza dei velocimetri è all'incirca simmetrico, per cui il Lennarz da 0.2 Hz non dovrebbe poter rilevare compiutamente i picchi a frequenza maggiore di, diciamo, 0.5 Hz, in tale maniera risultando quasi inutile nella pratica, escludendo specifiche applicazioni per strutture a periodo elevato.

Lavorare con 2 strumenti compatti? A parte il problema della massa, Secondo il SESAME ne servirebbero 3 o 4...

Punto 2) hai ragione mi sono sbagliato sono del 2004, mi sono confuso con tutte queste date;

OK, possiamo commentare quelle linee guida ma si tratta di linee guida e non di norme UNI-EN, ossia non hanno validità di legge.

Alcune asserzioni poi, come quello delle misure sull'asfalto che non influirebbero sull'esito della misura stessa, appaiono errate. Le misure su asfalto, massetti, terreno molto costipato, interessano le frequenze alte in un range che è in funzione dello spessore di asfalto, massetto, battuto... In queste misure si vede chiaramente un'inversione del segnale H/V che non esiste nelle stesse misure rilevate nello stesso sito ma su terreno naturale.

I picchi alle basse frequenze possono poi risultare più o meno attenuati.

scusa il ritardo..
si intendevo proprio quelle! ho seguito il resto della discussione e, come ho già detto, condivido in parte le tue osservazioni.
Però, pur non trattandosi di norme, lo stato dell'arte è quello.

Il vero problema dei contrasti di impedenza a bassa frequenza è che sono molto profondi (sto parlando delle mie conoscenze e cioè della situazione della bassa pianura emiliano-lombarda) e che non si hanno riscontri oggettivi (intendo misurazioni dirette della Vs) sull'effettiva presenza di superfici risonanti a profondità così elevate. Per cui si trova una giustificazione geologica (anche coerente, per carità, non è questo l'argomento della discussione), che però non ha riscontro oggettivo (siamo sempre all'interno di depositi alluvionali, non è un contrasto sul substrato roccioso!).
Ho visto misure (con strumenti da 4.5 Hz) con picchi H/V pari a 3.5 a 0.8 Hz... Mi spiace ma non ci credo!!! Non c'è motivo. Strumenti più sensibili danno lo stesso picco ma con H/V a circa 1.5. Non è la stessa cosa!
Temo molto (ma ovviamente è solo un timore e niente più) che le "raffinazioni" elettroniche operate per "tirare" la sensibilità alle frequenze più basse tendano ad amplificare un segnale poco significativo.

Mi sembra che per le zone che menzioni, un picco a 0.8 Hz sia piuttosto comune (se non a 0.8, in un range tra 0.7 e 1.1 Hz.)
In ogni caso, credo che l'ampiezza del picco non dipenda solo dalla sensibilità dello strumento, ma anche dalle condizioni di misura. Ricordo che a un seminario si disse che d'inverno le misure riuscirebbero meglio per via delle tempeste nel Mar del Nord che "illuminerebbero" meglio il sottosuolo, mentre con le calme estive il campo dei microtremori risulterebbe meno "ricco" in termini di frequenze basse, con conseguenza che i picchi a minore frequenza potrebbero non risultare evidenti.
Se vogliamo poi richiamare la documentazione SESAME, mi sembra che da qualche parte sia scritto, tra le altre cose, che è preferibile effettuare registrazioni più lunghe, suddividendole in finestre più ampie (più degli ordinari 20 secondi), qualora si volessero investigare contrasti di impedenza profondi.
Penso inoltre che la maggiore o migliore ampiezza del picco possa anche dipendere dai parametri assunti nell'elaborazione del grafico (tapering, lisciamento, ecc.) sui quali spesso non si hanno le idee molte chiare (potrebbe essere un argomento per un seminario di approfondimento, magari on line...)

Infatti, e mi piacerebbe sapere a cosa corrisponde sul serio!!!



E su questo ho sentito con le mie orecchie seri professori di geofisica farsi parecchie risate...



E infatti io utilizzo regolarmente finestre parecchio più ampie e sovrapposte per il 10%



Visto che è qualche anno che mi diletto con con strumenti di questo tipo ho provato un pò tutte le combinazioni con 3 diversi programmi di interpretazione.
L'ampiezza del picco è poco influenzata dalle elaborazioni (ovviamente a parità di condizioni) e SICURAMENTE non fa passare a un valore 3 un picco da 1.5!

I criteri SESAME verificano la bontà della misura dal punto di vista statistico. Nel caso di evidenze geologiche che convalidano la prova anche in assenza della verifica dei criteri SESAME la misura dovrebbe essere considerata buona (es. misure su roccia, picchi ad ampiezza leggermente inferiore di 2, ecc.). Al contrario misure che rispettano i criteri SESAME ma non sono supportate da evidenze geologiche dovrebbero essere scartate (es. misure influenzate da forzanti antropiche).
Naturalmente in corrispondenza della stessa misura si possono avere picchi da scartare e picchi buoni.

Per le basse frequenze (anche sulla base di quanto detto da dolfrang) credo che dovremmo avere lo stesso approccio: corrispondenza con assetto stratigrafico misura buona altrimenti misura da scartare. (poi definire che cosa sia il picco a frequenze basse ma che non corrisponde alla stratigrafia profonda è difficile - potrebbero essere morfologie sepolte?)
Probabilmente sarebbe utile verificare in corrispondenza di ogni picco che entrambe le componenti orizzontali risultino sovrapposte altrimenti potremmo avere picchi H/V difficilmente riferibili solo a contrasti di impedenza.

Sul picco a 1 Hz circa in Emilia-Romagna si discuteva con il collega mago merlino, che potrebbe intervenire nella discussione. Mi sembra di avere capito che non corrisponde a discontinuità stratigrafiche evidenti dai sondaggi profondi. Ricordiamo tuttavia che l'onda stazionaria rilevata come un picco nello spettro in frequenza H/V è causata da contrasti di impedenza acustica, per cui sono necessarie differenze (brusche) nelle proprietà meccaniche del terreno, non necessariamente stratigrafiche. Ossia, maggiore densità e rigidità.
Le ipotesi quindi sarebbero quelle di un cambiamento delle proprietà dei sedimenti ad una certa profondità. Ipotesi tutte da verificare a quanto vedo.

Mi risulta che l'ampiezza del picco non è una costante, mentre la frequenza lo è. L'intensità delle onde stazionarie (riverberi) eventualmente presenti in un sito è in funzione di vari fattori, tra cui l'intensità della forzante, nel nostro caso il rumore di fondo. Evidentemente, per creare onde stazionarie di bassa frequenza e intensità rilevabile dai velocimetri da 4.5 Hz, è necessaria una forzante che abbia una minima intensità di soglia e un certo contenuto di energia alle basse frequenze. Per questo si parla di rilevamento facilitato dei picchi profondi in concomitanza di tempeste marine (il mare del nord apparirebbe lontano, ma abbiamo pur sempre Adriatico e Tirreno in Italia!).

Mi sembra fisicamente intuitivo che, per mandare in risonanza la pelle di un tamburo molto grande, è necessario un apporto di energia maggiore che nel caso di un tamburo piccolo, a causa della maggiore massa di particelle da mobilitare.

La fisica della risposta sismica locale è molto simile, se non identica, alla fisica degli strumenti musicali, che esibiscono il comune fenomeno della risonanza acustica, senza la quale probabilmente non ci sarebbero concerti.

Mi chiedo perchè ai professori universitari citati da Carlo Caleffi la correlazione tempeste marine-picchi a bassa frequenza appaia ridicola, forse perchè è stata posta male.

Qui è il giudizio tecnico che governa. Includere il picco considerandolo come effettivamente generato da un contrasto di impedenza reale è cautelativa come strategia.

Per cui l'adozione di questi picchi è facilmente argomentabile tecnicamente (nel dubbio, si considerano reali, con le relative conseguenze a livello progettuale: possibile presenza di due risuonatori in serie a 1 Hz circa, il terreno e l'edificio).

Ovviamente ho posto questa domanda e la risposta è stata che nel complesso l'energia "aggiunta" al sistema da una tempesta marina è trascurabile rispetto all'energia comunque disponibile.

E' esattamente quello che dicevo io, solo che con picchi da 0.8-1 Hz stiamo parlando di profondità 80-100 m e, ovviamente, è piuttosto complicato avere conferme stratigrafiche di quel tipo...


che i picchi ci siano non ci sono dubbi, quello che mettevo in discussione (l'oggetto della presente discussione è la sensibilità dei sensori) è che un sensore da 4.5 Hz veda un picco con H/V >3 mentre nello stesso posto il picco rilevato con sensore da 2 Hz è inferiore a 2 (e quindi teoricamente trascurabile secondo Sesame...)

Non so se escludere sempre e comunque picchi con H/V<2 sia corretto, anche se previsto dai criteri SESAME.

Carlo, non so se i professori che hai interpellato sono specialisti di microtremori.

Appare un fatto accettato dalle stesse linee guida sesame che la forzante alle basse frequenze è prevalentemente naturale e proviene da onde oceaniche (0.2 Hz) e interazione tra onde e coste (0.5 Hz). L'energia viaggia lungo guide d'onda nella crosta terrestre e si propaga a lunghe distanze. Parlare di mare del nord, dove le tempeste sono molto forti, non appare quindi tanto assurdo come sembra (secondo le linee guida, in mancanza di studi più recenti).

questo è riportato nell'appendice B.1 delle linee guida





Altro riferimento da Bard et al., 2004:



Riguarda sia l'energia trasportata dalle onde, sia il positivo utilizzo di un sensore da 4.5 Hz per il rilievo di un picco di 0.3 Hz

http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_2207.pdf

Dopo tutto, parlare di energia alle basse frequenze prodotta dalle tempeste del mare del nord (molto forti) non apparirebbe alla luce delle precedenti considerazioni tanto assurdo.

Altro estratto da SESAME 2004:



Secondo quanto sopra, l'Italia peninsulare sarebbe favorevole al rilievo dei picchi posti nel range 0.5 - 1 Hz Hz, dato che abbiamo una notevole interazione mare-coste, mancando un vicino apporto alle frequenze molto basse delle onde oceaniche.

Se fosse davvero così, avremmo una base teorica con la quale giustificare la frequente visibilità di picchi alle basse frequenze su rilievi effettuati con sensore da 4.5 Hz

come ben sai le diverse "scuole" universitarie hanno posizioni molto diverse non tanto sui microtremori quanto su HVSR.
Quelli con cui ho parlato io erano appunto di "scuola" molto contraria...

La scorsa settimana sono stato al workshop di geofisica di Rovereto, dove un "illustre" ha ribadito:
- HVSR non può essere utilizzata per la misura di Vs
- i sensori da 4.5 Hz "leggono" pochissimo al di sotto della loro frequenza naturale.

Personalmente sulla prima affermazione non sono assolutamente d'accordo (ovviamente alle condizioni che tutti condividiamo).
Sulla seconda, nonostante abbia compreso e condiviso alcune osservazioni che avete espresso in precedenza, rimango perplesso.

Purtroppo gli organizzatori del Workshop, pur avendo invitato esponenti delle due "scuole" contrapposte, li hanno tenuti separati (giovedì un gruppo, venerdì un altro), per cui non c'è stato contraddittorio. Sarebbe stato veramente interessante un confronto

Carlo ah sì, se parliamo della scuola degli scettici fuori dall'ambito degli utilizzatori del metodo, questi continuano ad essere scettici ad oltranza.

Ma, oltre alle parole, hanno fornito un set rappresentativo di situazioni a sostegno della propria tesi?

no, queste affermazioni erano comprese in una disamina generale di vari metodi

Per cui, a chi spetta l'onere della prova?

Personalmente posso produrre come prova contraria alla loro ipotesi un esempio eclatante e altri esempi meno clamorosi di rilevamento di picchi <4.5 Hz corrispondenti alla presenza di contrasti di impedenza acustica rilevati o noti.

Non so Carlo, ma queste sembrano le solite affermazioni commerciali tese più a distruggere (terrorizzando il possibile acquirente) che a costruire.

considerazione 1)
Consultando i grafici di decadimento del segnale di un geofono da 2 Hz con quello da 4,5 della stessa ditta si può calcolare che il decadimento del segnale al di sotto dei 2 hz tende a un rapporto di 1:16, e man mano che ci avviciniamo a 4.5 e oltre tende a 1: 3
ciò vuol dire che nel caso peggiore da 0,2 hz a 2 hz il geofono da 2 hz è 16 volte più prestante ( come se utilizzassimo un adc con 4 bit in più e/o 16 volte più sensibile)

Considerazione 2)
Nei post letti non mi pare che si chiarisca il fatto che nell'HVSR non serve il valore assoluto del dato letto ma il rapporto H/V pertanto se acquisiamo con un 2 Hz rispetto al 4,5 hz avremo si valori in microvolt di ampiezza 16 volte più piccoli ma il rapporto HVSR non cambia.

Considerazione 3)
Il 24 bit ad elevate frequenze di campionamento arriva ad avere valori bassissimi di noise , anche a - 140 db, ma al di sotto dei 100 hz e a maggior ragione a 0,5 2hz si ha un aumento esponenziale del rumore anche al di sopra dei -100 db (in pratica una perdita di 4-5 bit utili, in quanto tra -100 e -145 db abbiamo solo rumore hardware.
In questo caso coloro che dicono che è meglio usare un geofono teoricamente hanno ragione in quanto compensano la perdita di dinamica con una maggiore sensibilità del geofono ( ma il problema è dello strumento utilizzato poco sensibile)

Considerazione 4)
Quasi tutti gli adc 24 bit hanno la possibilità di aumentare il gain di 2x 4x 8x alcuni anche 16,32,64,128x, per cui se aggiungiamo un gain di 16 x riportiamo la sensibilità strumentale a valori veri di un 24 bit pulito fino a -145 db, per cui non è più necessario utilizzare i geofoni a 2 Hz.
Applicare gain superiori a 32, 64, 128x i risultati ottenibili con un 4,5 hz sono anche superiori a quelli di un 2 Hz

Considerazione 5)
Perché non usare i geofoni da 2 Hz 16 volte più sensibili ( punto 4) ?
Il motivo è semplice perché oltre ad essere più costosi, sono anche più delicati, troppo sensibili e difficili da equalizzare, variazioni di temperatura , di inclinazione, di staratura, di minime diversità costruttive portano a gravi fenomeni de deriva al di sotto dell'Hz, portando il rapporto Hv tendenzialmente da valori 1- 1,5 a valori 4 - 10 specie se siamo im presenza di una minima brezza rendendo il degnale ottenuto al di sotto di 1 hz inutilizzabile , anche con certe procedure software che tendono a riportarlo a 1 il segnale.

Considerazione 6)
I geofoni da 2 hz e a maggior ragione quelli da 1 hz hanno tempi di smorzamento molto lungi ( quelli da 1 Hz hanno tempi di 20 minuti per stabilizzarsi e quindi prima di iniziare l'acquisizione occorre attender ), quelli da 2 hz di una decina di secondi in più di quelli da 4,5 hz, in caso di passaggio di auto la durata temporale del disturbo dovuto al transito dell'automobile si allunga e nel caso di passaggio di numerose macchine al minuto sarà statisticamente meno probabile avere windows di almeno 20 secondi necessari per poter elaborare sondaggi al di sotto di 1 Hz.

Considerazione 7) Nel caso in cui si voglia arrivare con una certa sicurezza a profondità superiori ai 100 metri consiglio di acquisire almeno per 30 minuti, meglio a 45 - 60 minuti ( specie se c'è una piccola brezza o rumore di auto lontane - con vento o con traffico occorre rimandare il sondaggio in giorni e/o orari diversi.
Si consiglia di acquisire q 330 - 500 hz se il vostro strumento ve lo permette

Considerazione 8)
In un post ho letto ho letto che ben difficilmente con un 4,5 hz non si scende molto al di sotto della frequenza propria del geofono, la causa va ricercata nei seguenti punti.

1 ) strumentazione con un hardware molto sporco per ridurre il rapporto segnale rumore e quindi non permette di analizzare segnali provenienti dal profondo

2 ) presenza di vento anche minimo che porta lo strumento in deriva specie al di sotto di 1 Hz.

3 ) posizionamento dello strumento su battuto di cemento, asfalto, prato erboso su radici, vicinanza di alberi , fabbricati, torrenti, mare, strade rumorose che tendono anche in questo caso con i geofoni da 4,5 hz ad appiattire il segnale ( la dove ci si aspettava Hvsr = 2, avremo 1,3 ecc, o se usiamo geofoni da 2 hz fenomeni di deriva strumentale.



Pertanto concludo consigliando di acquistare geofoni da 4,5 hz , sicuramente più affidabili e meno costosi.

Qualcuno mi dirà che la risposta dei 4,5 hz è lineare sola da 4.5 hz fino a 100, io rispondo che anche quella dei 2 hz non è lineare tra 0,1 e 2 hz, ma esistono altre tecniche affidabili per poterla rendere lineare da a 0,1 - 0,2Hz a 4,5 hz.

Dolfrang, interessanti considerazioni sull'aspetto elettronico delle misure.

Come dici, i contrasti a bassa frequenza vanno ricercati in assenza di disturbi e con rilievi lunghi.

Picchi al di sotto di 0.5 Hz per esperienza mia e dei colleghi sono molto difficili da rilevare con il geofono da 4.5 Hz, mentre tra 0.5 e 1 Hz (meglio se più vicini a 1 Hz) si rilevano senza difficoltà o con relative difficoltà.

D'altra parte lo scopo dei rilevatori portatili tipo Tromino è quello di investigare frequenze che possono coincidere con le frequenze di risonanza di edifici tipici.

Se ci richiedono misure per il progetto di un grattacielo, un ponte, edifici con isolatori sismici a bassa frequenza, torri, ecc., allora per individuare ipotetici picchi a corrispondenti a corrispondenti basse frequenze di risonanza dovremmo usare i rilevatori tipo Lennarz da 0.1 - 0.5 Hz che sono ben più impegnativi come costo, tempi di rilievo e operatività.

Ad integrazione di quanto scritto in passato:

Ho riletto sommariamente molti post, con alcuni concordo, con altri un poco meno, in tutti i casi non mi pare di aver trovato un post che considera i seguenti fattori che possano rende utile il geofono da 2 hz o quello da 4,5 hz.

Quando si parla di tromografo si pensa che tutti gli strumenti siano concepiti nello stesso modo, ma se andiamo a osservare le specifiche tecniche (spesso troppo poco chiare nelle specifiche elencate dai produttori nei loro siti),ciò non è vero.

Esistono famiglie di strumentazioni di tipologia diversa che a parità di cablaggio, meccanica peso possono generare prestazioni diverse e richiedere geofoni da 2 hz o da 4,5 hz a seconda i casi.

1) strumenti a 10 - 12 bit muliplexati 8, 16, 32, 64, 128 volte per emulare con oversamplig il 16 -20 bit in pratica fare molte misure e fare la media per cercare di passare da una definizione di 10 12 bit a definizioni equivalenti al 24 bit facendo la media dei dati acquisiti ad alta velocità

2) sistemi come il punto 1) ma con l’aggiunta di un preamplificatore con gain 200 500 1000 2000 5000 1000 x ( con l’aumentare del gain si può ridurre l’oversampling ottenendo risultati ottimi sia in temini di affidabilità che di pulizia del segnale ottenuto; con un oversampling = 32 cicli di lettura e un gain di 200 si può facilmente arrivare a un dato equivalente ad un 18 20 bit per arrivare ad un dato equivalente al 24 bit oxxorre la presenza di un preamplificatore di 200- 500 x ( indicativamente, valore legato ad altri parametri hardware)oppure i geofoni da 2 Hz nscsssa per aumentare il rapporto segnale / rumore hardware ed avere ub segnale equivalente a quello di un 24 bit o poco meno, con gain superiori le prestazioni aumentano ulteriormente.

3) come punto 1) – 2) ma con dinamica 16 bit l’oversampling potrebbe non servire più, se si implementa un gain di almeno 256 unità per avere un segnale equivalente al 24 bit.

4) con adc 24 bit reale la dinamica raggiunge quella di un 24 bit reale, i tradizionali 4 db e rumore hardware presente da 20 - 24 bit

Nei punti 1 2 3 4 non si è considerato il fatto che gli ADC 10 12 16 24 bit hanno un rumore intrinseco proporzionale alla dinamica propria quasi nullo o molto piccolo per gli adc 10 12 bit , di 2 .3 bit con ADC 16 bit e di 3- 4 bit con i 24 bit, la dinamica dei 145 db
Quindi il nostro strumento in effetti ci darà un segnale di qualità inferiore ai 24 bit teorici in termini di dinamica che di risoluzione inferiore di 23 -4 bit -110 / -120 db delle quali al di sotto di tali valori di ha solo rumore. va solo a misurare del rumore.

5) come raggiungere la definizione del 24 bitteorica di 145 db ?

amplificando di 16 volte almeno il segnale ( per recuperare i 4 bit di rumore presente nel 24 bit ) se poi il gai lo si aumenta a 32 , 64. 128 volte ancora meglio, in questo modo si aumente il rapporto segnale / rumore hardware.

6) esistono anche sistemi di acquisizione a 32 bit, non avendo mai visto le specifiche non mi sento di dare un giudizio, quello che posso dire è che tale dinamica è enormemente più ellegata di quella che serve per un buon tromografo, e spesso i 32 bit vengono usati per i sistemi audio con risposte utili da 48000 hz fino a 7 10 hz.
Per questi sistemi occorre verificare la linearità del segnale fino a quale frequenza scende, e il noise prodotto e la linearità tra 0,1 hz principalmente e 100 hz.

Concludendo i geofoni da 2 hz servono per quei tromografi con tanto oversamplig magari senza amplificatore in quanto il 24 bit con bassa sensibilità per aumentare il segnale di 10 - 20 volte più elevato del geofono da 4,5 Hz ( grazie alla maggior sensibilità dei geofoni da 2 HZ rispetto al geofono da 4 hz) recuperando 4 bit equivalenti per un sistema tipo caso 1) – 2).
Con gain > 1000 x il sistema andrebbe in saturazione, per i sistemi;
nel caso 4) 5) i geofoni da 2 Hz possono generare al di sotto di 1 hz segnali molto instabile con fenomeni di deriva del segnale.

Per i sistemi caso 1) o caso 2) con gain inferiore a 250 / 500 usare geofoni da 2,0 Hz permette di avere un segnale 10 – 20 maggiore di quello da 4,5 Hz e quindi compensa una sordità progettuale dello strumento

Applicando gain superiori a 250 x 500 x geofono da 2 Hz manderebbe il segnale in saturazione.
A questo punto in questi casi mi chiedo non è meglio preamplificare di più il segnale e usare geofoni da 4,5 hz) che anplificare 10 – 20 volte di meno per poter usare geofoni fa 2 Hz costosi, difficili da gestire e fragili?

(faccio presente che non sono un elettronico sono mie considerazioni legate all’esperienza fatta, vanno anche considerate altri fattori quale le caratteristiche dei singoli adc utilizzati, al tipo di adc usato per eseguire l’amplificatore, dal tipo, forma e peso totale dello strumento e non ultimo il cablaggio di tutti i componenti.

Per una giusta informazione chiedo a chi ha più esperienza di indicare i punti che non condivide e spiegare il perché – grazie )

Concordo con le ottime prestazioni dei geofoni con frequenza propria molto bassa inferiore a 1 2 hz, è giusto che le università li utilizzino per lavori di ricerca in quanto le loro indagini le possono programmare in siti adatti privi di rumori, vento, asfalto, torrenti e mare delle vicinanze.

Il professionista non li usa a causa della bassissima velocità smorzamento del geofono a causa della massa del geofono che ha bisogno di tempi lunghi di attesa prima di iniziare l'acquisizione e se nel frattempo passano auto, o se sono presenti rumori antropici si ha una riduzione del numero di windows utili per l'analisi per cui occorre allungare i tempi di acquisizione a ore.

Il professionista spesso lavora in zone molto urbanizzate, nei casi peggiori può eseguire prove in ore notturne per ottenere risultati migliori
In tutti i casi frequenze proprie di 4,5 hz non impediscono di rilevare frequenze di picco HVSR di 0,2 - 0,5 hz con tempi di esecuzione della prova di 1 2 o 5 ore in continuo con una certa precisione.

L'utilizzo di geofoni da 0,1 hz possono essere utili per indagini finalizzate per la costruzione di grattacieli con periodo proprio superiore a 10 - 20 secondi eseguiti in ore notturne e nel caso in cui nella zona dell'intervento si hanno contatti stratigrafici ad alto contrasto a profondità maggiori di 150 - 250 metri di profondità, negli altri casi non avremo mai picchi importanti al di sotto di 1 - 0,5 hz per cui si possono utilizzare anche geofoni da 4,5 hz.

E'giusto e indispensabile usare geofoni da 1 hz per la sismologia se montati su stazioni sismiche lontanissime da rumori antropici, posizionati su basamento roccioso e trasmissione ViFi alla stazione sismica in automatico e non come spesso accade nella stessa stazione sismica che risente della frequenza propria del fabbricato, e dei rumori antropici e ambientali.

Dolfrang, le tue considerazioni esposte nel precedente post mi sembrano tutte ragionevoli.

In merito a questa interessantissima (anche se un po' datata) discussione, di seguito riporto alcune frasi contenute nel capitolo 3 del testo di Giancarlo Dal Moro intitolato "Acquisizione e analisi di dati sismici e vibrazionali per studi di caratterizzazione sismica e geotecnica":

omissis
Vogliamo scendere a 0,1 HZ? Oltre ad avere un sensore/geofono con delle curve di risposta appropriate (concetto che poco o nulla a che fare con la frequenza propria dei geofoni), dovremo fissare una finestra di analisi che consenta a una componente di 10 s (cioè 0,1 Hz) di avere 10 cicli.

...
C'è molta confusione (generata come sempre da scarse o nulle basi teoriche) riguardo ai geofoni necessari per determinare con la necessaria accuratezza la curva HVSR alle frequenze più basse. Per determinare in modo corretto il rapporto H/V a una certa frequenza è necessaria un'unica condizione: che le curve di risposta dei tre sensori siano identiche.

...
Consideriamo il caso in cui si abbia un triassiale con 3 geofoni con frequenza propria di 4,5 Hz in cui le tre curve di risposta sono perfettamente identiche su un amplissimo intervallo di frequena (0,2 - 100 Hz). In questo caso il rapporto spettrale H/V sarà corretto lungo tutto l'intervallo di frequenze. Non si deve confondere la frequenza propria del sensore con il fatto che i tre sensori abbiano (o meno) la stessa curva di risposta.

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Un committente/bando che richiedesse l'utilizzo di geofoni con frequenza propria di un certo tipo darebbe solo dimostrazione di non avere la benché minima idea di cosa sia un HVSR...

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Esistono pessimi geofoni da 2 Hz (con curve di risposta tra loro sballate) e ottimi geofoni da 4,5 Hz con curve di risposta assolutamente identiche che consentono di ottenere rapporti spettrali assolutamente puntuali.
omissis

In essenza, se non erro, Dal Moro si sofferma sull'omogeneità e affidabilità dei componenti del sistema triassiale di accelerometri. Piccola tolleranza nella risposta = piccola deviazione standard = molto piccola variazione = curve di risposta identiche.

Quello che scrive nel suo libro Dal Moro conferma, se mai ce ne fosse bisogno, quanto già affermato da Dolfrang.