MONITORAGGIO DELLO SCUOTIMENTO SISMICO MEDIANTE L'USO DI SENSORI A BASSO COSTO DISTRIBUITI

This thesis has three different aims with the common final task of seismic risk reduction. The first aim consists in the evaluation of the seismicity detection efficiency of a novel accelerometer prototype adopting the Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) technology, named ASX1000. The cost of this miniaturized device is 2 order of magnitude less than the traditional high-sensitive seismic stations. Six prototypes are installed in Northern Italy to monitor the seismicity in the Venetian Plain that is a large and deep alluvial basin. Ten prototypes are installed in Central Italy. We demonstrate that, for the first time, the ASX1000 MEMS is able to record small local earthquakes with a threshold of ML = 1.5. It provides also an efficient estimate of strong motion parameters. The second aim is related to seismic hazard scenarios of the Venetian Plain. Here, deeper velocity structures, fundamental for seismic site response, are often unknown. Thus, we quantify the effects of different shear-wave velocity gradients' equations, finding variation on the estimated ground motion parameters. This result has an important impact on a-seismic design. The third aim involves ambient noise analysis. Firstly, the Coronavirus outbreak gave the unique opportunity to discriminate the cultural noise from the natural one. Then, we consider the possibility to use the ASX1000 for seismic noise interferometry. This method is important to retrieve subsoil structures in absence of seismic events. The ASX1000 MEMS is a promising geophysical tool, but at the moment it is not suitable for passive analysis. So, we perform noise interferometry with a different dataset, belonging to the high-quality seismic stations of the national seismic network, and we show some interesting preliminary results.

Questa tesi affronta tre tematiche finalizzate alla riduzione del rischio sismico. La prima riguarda lo studio della performance di un nuovo prototipo di accelerometro che utilizza la tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System), l'ASX1000. Il costo di questi dispositivi miniaturizzati è inferiore di almeno 2 ordini di grandezza rispetto ai tradizionali sensori sismici ad alta risoluzione. Sei ASX1000 sono installati nel nord Italia per caratterizzare la sismicità della Pianura Veneta, un bacino alluvionale profondo ed esteso. Dieci sono installati nell'Italia Centrale. In questo lavoro dimostriamo che il prototipo può registrare microsismi fino ad una Magnitudo Locale pari a 1.5. Inoltre, il MEMS ASX1000 può stimare accuratamente i parametri di scuotimento del suolo. Il secondo argomento riguarda la realizzazione di scenari di pericolosità sismica della Pianura Veneta. Abbiamo effettuato uno studio sull'influenza di gradienti di velocità delle onde di taglio sulla risposta sismica in superficie. Questo risultato è fondamentale per il design anti-sismico. Il terzo argomento riguarda l'analisi del rumore ambientale. Abbiamo analizzato il rumore registrato durante il lockdown imposto dal governo italiano per mitigare la diffusione del Coronavirus, in modo da caratterizzare il rumore antropico. Abbiamo poi valutato la possibilità di utilizzare l'ASX1000 per studi di interferometria sismica come metodo utile per ottenere strutture di velocità sismiche. I risultati suggeriscono che questi dispositivi, al momento, non sono idonei ad analisi di sismica passiva. Abbiamo allora applicato l'interferometria sismica alle sequenze di rumore registrate dalle stazioni sismiche ad alta risoluzione della rete sismica nazionale. In questo lavoro mostriamo i risultati preliminari.