Le NTC contenute nel D.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008 prevedono, quale punto focale per una corretta progettazione di strutture sismo-resistenti, la definizione della categoria di sottosuolo, a partire dal profilo di velocità di un sito, e della categoria topografica.
In particolare, nel paragrafo 3.2 sono state introdotte numerose novità inerenti la definizione delle azioni sismiche di progetto, a partire dall’analisi della pericolosità sismica di base del sito di costruzione, sulla scorta delle quali è possibile valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati (da: Di Francesco R., Geotecnica, 2010).
Limitando il problema alla costruzione del profilo di velocità del sottosuolo occorre considerare che il punto di partenza è offerto dall’analisi della tabella 3.2.II (Categorie di sottosuolo – NTC par. 3.2.2 e Circolare n. 617 del 2 febbraio 2009 del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici), la quale prevede la definizione di varie categorie in funzione della velocità dei vari strati costituenti il sottosuolo. In particolare si scopre che:

1. la categoria A (ammassi rocciosi affioranti) prevede la presenza di un substrato possedente una velocità delle onde di taglio V_S,30> 800 m/s;
2. la categoria B è relativa a terreni soffici di spessore superiore ai 30 metri e con velocità V_S,30 compresa nel range 360 ¸800 m/s;
3. la categoria C è relativa a terreni soffici di spessore superiore ai 30 metri e con velocità V_S,30 compresa nel range 180 ¸360 m/s;
4. la categoria D è relativa a terreni soffici di spessore superiore ai 30 metri e con velocità V_S,30< 180 m/s;
5. la categoria E è infine identica alle B e C ma con spessori inferiori ai 20 metri e poggianti su un substrato avente velocità superiore agli 800 m/s.

Ordunque, il problema consiste proprio nel determinare le velocità dei singoli strati al fine di addivenire dapprima al calcolo della V_S,30 e successivamente, confrontando il risultato con la sezione stratigrafica, alla definizione della più appropriata categoria di sottosuolo.
Problema n. 1: perché appropriata? 
Perché accade molto più spesso di quanto si possa immaginare che lo spessore dei terreni di copertura di un determinato sito sia inferiore ai 20 metri, mentre la velocità del sottostante substrato roccioso non supera gli 800 metri al secondo. Un problema che può essere risolto attribuendo il sito non più alla categoria E quanto, piuttosto, alla categoria B o C in funzione della velocità compresa nei 30 metri di spessore.

La sezione stratigrafica sopra rappresentata illustra proprio uno di tali esempi, con presenza di terreni colluviali a granulometria fine sovrastanti un bedrock (Messiniano, 5 milioni di anni), la cui velocità è inferiore al limite normativo degli 800 metri al secondo.
Problema n. 2: come valutare le velocità dei singoli strati?
Esistono, ovviamente, numerose tecniche alcune delle quali suggerite proprio dalla norma che prevede, nella tabella delle categorie di sottosuolo, l’attribuzione sulla scorta dei valori degli N_SPT, ovvero del numero dei colpi misurato durante una prova penetrometrica dinamica; oppure, per terreni di copertura a granulometria fine, sulla base della coesione non drenata. Senza dimenticare l’importanza assunta dalle prospezioni geofisiche come nel caso della sismica a rifrazione, delle down-hole e della Masw energizzate in onde di taglio. Esistono, però, anche altre tecniche meno conosciute anche perché, invero, meno diffuse e basate sulla misura della velocità dei provini nelle celle triassali dei laboratori geotecnici mediante i bender elements.
In effetti le celle triassiali possono alloggiare, sia alla loro base (ricevitore) che nella testa di carico (trasmettitore), degli elementi costruiti con materiale piezoelettrico (esempio: quarzo, tormalina, titaniato di zirconato di piombo, titaniato di bario, titaniato di piombo) capaci di lavorare come trasduttori bidirezionali; ciò comporta che una deformazione sia trasformata in un segnale elettrico rilevato da una centralina dotata di amplificatore di segnale; oppure che un segnale elettrico comporti una modifica di forma.

 Come illustrato in figura, un classico sistema prevede un trasmettitore al quale viene inviato un segnale elettrico di tipo sinusoidale tramite un generatore di funzioni; il segnale, a sua volta, è amplificato ed inviato ad un oscilloscopio collegato ad un PC che provvede alla sua restituzione grafica. La misura della deformazione assiale impressa dal segnale è affidata ad un trasduttore di spostamento LVDT mentre la variazione di volume ad un volumometro a membrana sempre strumentato con LVDT; infine, la misura della pressione interstiziale dipende da un trasduttore di pressione.
Il funzionamento del sistema prevede che il segnale prodotto dal generatore di funzione sia mandato al trasduttore piezoelettrico posto alla testa della cella triassiale, previa amplificazione, e che l’onda si propaghi attraverso il provino fino a raggiungere il ricevitore posto alla base. Una volta che il segnale è arrivato al PC viene nuovamente amplificato e visualizzato graficamente, consentendo in tal modo di misurare la differenza di tempi misurati rispetto al medesimo zero di riferimento.
Si supponga, ad esempio, che a partire dal medesimo start il segnale arrivi al trasmettitore dopo 1 millesimo di secondo ed al ricevitore dopo 1.23 millesimi; ne risulta un Dt = 0.00023 secondi; quindi, per un provino di altezza standard H_p = 76 millimetri (0.076 metri) si ottiene una velocità delle onde di taglio V_S = H_p / Dt = 330,4 m/s. Infine, nota la densità del provino, è anche possibile calcolare il modulo dinamico tangenziale.
Resta una sola informazione da conoscere: il costo. Circa 40,00 € a prova, che rappresenta un valido motivo per chiedere ai laboratori geotecnici attrezzati anche tale prova per avere un elemento in più da sfruttare nella definizione della categoria di sottosuolo. Oppure per invitare il laboratorio di fiducia ad attrezzarsi con i bender elements che possono misurare sia onde di taglio che onde di compressione.
Ovviamente, come tutte le prove di laboratorio, la misura della velocità ottenuta con tale metodo risulta dipendere dall’effetto scala, ragion per cui se si suppone l’esistenza di una marcata eterogeneità del sottosuolo occorre valutare con attenzione i risultati ottenuti o effettuate diverse misura a varie profondità.
 
Si ringrazia la Controls s.r.l. (www.controls.it), nella persona del Dott. Medeo Olivares, per il materiale e le figure fornite.