Figura 1. Tecnico durante la fase di installazione.
Figura 2. Sensore sismico installato direttamente su roccia.
Figura 3. Un accelerometro e un velocimetro a corto periodo preparati per essere interrati a circa 50 cm di profondità.
Una stazione sismica temporanea è un sito allestito con strumentazione che viene utilizzata per raccogliere dati sul movimento del terreno per un intervallo temporale limitato. La stazione sismica temporanea viene impiegata durante emergenze sismiche o esperimenti scientifici che necessitano di ampliare dal punto di vista spaziale il monitoraggio sismico di un territorio al fine di migliorare la localizzazione dei terremoti o per svolgere misurazioni in situ di parametri specifici, ad esempio per lo studio delle amplificazioni prodotte dalle onde sismiche, per la caratterizzazione dei primi strati del sottosuolo, per valutare il modo di vibrare degli edifici.
SISMIKO gestisce la porzione del parco strumentale della Rete Sismica Mobile (RSM) dell’INGV necessaria per allestire reti di monitoraggio sismico ad integrazione della Rete Sismica Nazionale (RSN) in occasione di emergenze sismiche e vulcaniche.
Da cosa è composta una stazione sismica temporanea
Una stazione sismica temporana si compone dei seguenti elementi principali:
- acquisitore;
- sensore sismico;
- apparato GPS;
- batteria di carica;
- pannelli solari;
- apparato di trasmissione dati.
In base al modello dell’acquisitore, possono essere gestiti più sensori. L’antenna GPS serve per geo-localizzare la stazione sismica temporanea e per mantenere il tempo di registrazione dei dati sincronizzato con il tempo assoluto, parametro fondamentale quando la stazione è integrata in una rete di monitoraggio sismico. L’alimentazione dello strumento è resa autonoma e duratura tramite batterie tampone, a loro volta caricate da pannelli solari.
SISMIKO ha deciso di predisporre la rete sismica in emergenza con stazioni temporanee che possano trasmettere i dati in tempo reale alla Sala operativa INGV della sede di Roma, la cui missione è il servizio di sorveglianza sismica del territorio nazionale. Le stazioni sismiche temporanee sono equipaggiate con apparati di trasmissione dati che sfruttano differenti tecnologie.
Attualmente la tecnologia maggiormente impiegata è quella di trasmissione attraverso router dotati di scheda SIM telefonica.
Acquisitori: cosa sono e a cosa servono
Gli acquisitori sono le centraline di gestione dell’acquisizione del dato sismico digitale. Sono dotati di una scheda elettronica su cui è montato un Sistema Operativo (SO) che permette di registrare il dato sismico digitale rilevato dai sensori secondo una predeterminata configurazione, di creare un archivio locale del dato, di temporizzare i pacchetti di segnale e gestirne la trasmissione al centro di acquisizione remoto.
Tramite l’acquisitore è possibile impostare il campionamento del segnale, ovvero quante volte al secondo acquisire la misura, il fondo scala per adeguare il voltaggio di input all’uscita di corrente elettrica del sensore e il numero di canali da acquisire. Tramite browser o programmi dedicati l’utente può configurare le impostazioni di registrazione da remoto, oppure via cavo sul posto, e verificare il corretto funzionamento della stazione indicato da parametri come il livello di alimentazione, la temperatura interna, lo stato dell’acquisizione, il numero di satelliti connessi per la sincronizzazione.
Sensori sismici: quali utilizziamo e perchè
Una stazione sismica temporanea ha il compito fondamentale di rilevare le vibrazioni del terreno attraverso l’utilizzo di sensori sismici. Tralasciando le vibrazioni di fondo legate al rumore sismico ambientale, l’intervallo di ampiezze coperto dalle onde sismiche a partire dai microterremoti fino ai terremoti più forti, è di molti ordini di grandezza. Pur utilizzando sensori ad ampia dinamica, non è possibile riprodurre l’intero range di scuotimento del suolo con un unico tipo di sensore. Per questo, le stazioni sismiche temporanee di SISMIKO, quando possibile, vengono equipaggiate con due sensori sismici: un velocimetro e un accelerometro.
In generale, il velocimetro è utile per rilevare la sismicità fino alle vibrazioni più piccole senza che vengano degradate dal rumore elettronico intrinseco dello strumento, mentre l’accelerometro è utilizzato per rilevare i forti scuotimenti del suolo senza giungere alla saturazione del segnale.
Durante gli interventi in zona epicentrale, con il velocimetro viene registrata la sismicità locale legata alle repliche minori della sequenza sismica. Le onde sismiche generate da questo tipo di sismicità trasportano la gran parte dell’energia in una banda di frequenze (numero di vibrazioni al secondo del terreno) limitata e detta ad “alte frequenze” (e.g.; 1 Hz). Per questo le stazioni sismiche temporanee di SISMIKO sono dotate di sensori velocimetrici classificati come short period (SP). Inoltre la loro praticità di installazione, e la più veloce stabilizzazione del sistema elettromeccanico, li rende particolarmente adeguati per gli interventi in emergenza sismica, rispetto ai più costosi, anche se più performanti, sensori broad band (BB).
Agli accelerometri è affidato il compito di registrare, a breve distanza, le scosse più forti della sequenza sismica. Oltre a poter rilevare un ampio spettro di frequenze, gli accelerometri sono in grado di riprodurre fedelmente le più ampie oscillazioni del terreno che possono raggiungere accelerazioni anche dell’ordine di grandezza dell’accelerazione di gravità. Per questo i sensori sono interrati oppure resi solidali al terreno se installati su superfici di cemento. Le stazioni sismiche temporanee di SISMIKO sono state dotate in passato di Force Balance Accelerometer (FBA), accelerometri ad alte prestazioni e ampia dinamica. Recentemente il mercato ha messo a disposizione strumenti a costi inferiori ma con prestazioni che sono risultate utili per le applicazioni sismologiche. Quindi si è scelto di sperimentare accelerometri con tecnologia MEMS (MicroElectroMechanical Systems).
Scheda di stazione
In fase di installazione di una stazione sismica temporanea, e successivamente per il tempo di operatività e manutenzione della stessa, gli operatori di SISMIKO compilano le relative schede di stazione; si tratta di documenti schematici contenenti tutti i dati principali della stazione sismica temporanea installata: coordinate geografiche e informazioni logistiche del sito, tipo di sensori installati e caratteristiche strumentali degli stessi, data di installazione e altre informazioni utili.