X612EM+ Georesistivimetro multicanale V.H.R. (Very High Resolution) APPLICAZIONI SPECIFICHE PRESTAZIONI. MAE advanced geophysics instruments

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1 X612EM+ Georesistivimetro multicanale V.H.R. (Very High Resolution) APPLICAZIONI SPECIFICHE PRESTAZIONI MAE advanced geophysics instruments

2 Potenzialità e principali applicazioni La risposta MAE allo sviluppo tecnologico delle apparecchiature elettroniche di precisione, è rappresentata dal prodotto X612EM+ la cui caratteristica principale è l alta velocità di esecuzione delle indagini multielettrodo sia 2D che 3D; ciò è reso possibile dall'adozione di una nuova ed innovativa piattaforma di acquisizione dati che consente l'acquisizione simultanea dei dati sulla quasi totalità dei canali. Il punto di forza essenziale della strumentazione è l altissima velocità di esecuzione delle misure consentendo in tal modo di effettuare indagini comprendenti un numero elevato di dati. L'alta qualità delle misure è garantita dall'innovativa architettura hardware dello strumento basata su convertitori A/D con risoluzione di 24 bit, tra le più alte della categoria che consentono livelli di precisione nell'ordine dei 0,2μA. Il prodotto corredato dalla numerosa gamma di accessori disponibili, integra al suo interno tutto il necessario per effettuare tomografie di resistività elettrica multielettrodo e di caricabilità fino a 96 canali integrati e di effettuare i classici Sondaggi Elettrici Verticali adatti nella ricostruzione di profili di resistività monodimensionali. La potenza del generatore interno di 250 Watt può essere incrementata fino a 600 Watt su richiesta in fase di ordine. Un valore aggiunto dello strumento è il controllo della qualità dei dati in fase di acquisizione, essenziale per avere il pieno controllo della prospezione che si esegue. In campagna, la delicata operazione di registrazione e salvataggio dei dati viene agevolata attraverso la possibilità di visualizzare i punti di misura e rappresentando, attraverso algoritmi di triangolazione, una prima restituzione della pseudosezione di resistività apparente. Risulta utile per valutare il processo di registrazione dei dati e quindi la qualità dei valori calcolati, nonché il settore dello stendimento e la profondità che si sta investigando. 2

3 Con lo strumento X612EM+ le misure diventano più affidabili grazie alla registrazione della deviazione standard per ogni quadripolo visualizzabile dalle barre di errore sui punti di misura. Il "sets" di misure registrate, si può verificare prima del salvataggio del file con una specifica soglia di errore cosi da consentire prime operazioni di filtraggio dei dati. In fase di acquisizione un particolare datum point può essere ripetuto in maniera indipendente e una volta terminato il ciclo di misure, queste si possono verificare immettendo una soglia di errore specifica. La risposta MAE alle esigenze del mercato di offrire indagini con restituzione ad alta risoluzione e processing dei dati in 3D è stata data dall X612EM+, strumento in grado di gestire in maniera contemporanea diversi canali di misura ed avviare le indagini in maniera programmata. Si sono superati diversi limiti strumentali, in primo luogo l X612EM+ può gestire contemporaneamente le misure di potenziale tra due elettrodi collegati eccetto gli elettrodi A e B di immissione della corrente. Più nel dettaglio in una configurazione con N elettrodi, lo strumento ha N-2 canali di acquisizione pertanto, se si avvia un set di misure su 48 elettrodi, per determinati dispositivi (array polo dipolo, polo polo, dipolo dipolo), con una sola immissione di corrente tra gli elettrodi A e B si possono registrare le differenze di potenziale e quindi le resistività su 46 quadripoli. Questo sistema comporta notevoli vantaggi: in primis una drastica riduzione dei tempi necessari per completare l'acquisizione che si traduce in un minor consumo di energia (assorbimento da parte dell'x612em+); ciò consente di poter effettuare più indagini con un solo livello di carica della batteria di alimentazione e di aumentare il dettaglio della sezione finale in fase di restituzione. Dispositivi (array) composti da misure, si possono eseguire con pochi minuti, contro i tempi di attesa elevati dei georesistivimetri a singolo canale di misura. 3

4 L'esperienza di ormai più di 30 anni della società MAE srl nel campo della geofisica applicata, ha permesso di raggiungere risultati eccellenti; l'x612em+ è un prodotto innovativo in linea con le migliori aziende del settore a livello mondiale e incorpora in esso i più alti standard qualitativi e negli aspetti hardware che software. L attenta cura nella progettazione elettronica e l'alta capacità di gestione informatica dello strumento, unitamente alle fasi di test sul campo, hanno reso il georesisivimetro uno strumento capace di ottenere risultati brillanti in contesti logistici ed ambientali estremi; ne è da esempio l'alta temperatura di funzionamento (fino a 80 C) che si è avuta durante una campagna di prospezioni tenutasi nei mesi estivi a Dubai. In un "case" di dimensioni ridotte, compatto e con alto grado di protezione, sono incluse tutte le potenzialità della macchina, che vanno dalla potenza del generatore interno fino all'alta tecnologia di gestione software compresa nella C.P.U. interna; ciò è gestibile da un monitor 12" touch screen capacitivo con il quale si può configurare lo strumento attraverso un interfaccia utente semplice ed intuitiva. Diverse sono le applicazioni possibili con le quali trova impiego lo strumento che amplia, rispetto ai georesistivimetri prodotti in precedenza, lo spettro delle possibili geometrie di acquisizione e delle combinazioni quadripolari riuscendo a gestire diverse tipologie anche non convenzionali come ad esempio array di tipo gradient. La gestione di data sets di elevate misure consente di effettuare misure aumentando l'informazione ed il dettaglio quando, ad esempio, le prospezioni sono rivolte a scopi archeologici o in ambito strutturale come l individuazione di sistemi fondali. 4

5 Il metodo della tomografia elettrica multielettrodo, ha trovato largo successo in diversi campi di applicazione tra i quali la ricerca di cavità naturale o antropica, la ricostruzione geometrica dei materiali diversi presenti nel sottosuolo, riconoscere possibili infiltrazioni di acqua. L uso dedicato nell idrogeologia e alle problematiche connesse al dissesto idrogeologico come nel riconoscere possibili superfici di scollamento delle frane e valutare volumi mobilizzabili, sono ulteriori campi di applicazione del metodo specie se si tiene conto della bassa invasività e ai costi notevolmente inferiori nel raggiungimento delle informazioni rispetto ai classici sondaggi o metodi diretti. Il vantaggio è favorito dalla rapida esecuzione delle prospezioni in cantiere e dalla non invasività del metodo consistente essenzialmente nella sola infissione di elettrodi nella superficie da investigare e collegandoli allo strumento con appositi cavi. Ricerca cavità (QATAR) Sito archeologico (MESSICO) L'alta risoluzione della tomografia multielettrodo consente di ricostruire la distribuzione della resistività elettrica del sottosuolo attraverso processi di inversione con software dedicati come quello sviluppato da Loke (Res della Geotomo Sotware) o da Alexander Kaminsky (Zond Software Package) purché se ne conoscano i limiti ed i risultati forniti non vengano presi "tout court" ma con spirito critico. In generale il metodo geoelettrico si basa sulla seconda legge di Ohm: dai valori noti di corrente che si immette nel sottosuolo (intensità), tenendo conto della configurazione elettrodica (fattore K e array) e dalla misura della differenza di potenziale misurata (d.d.p.), si calcola analiticamente la resistività apparente del volume di sottosuolo. Gli elettrodi, gestiti in maniera automatica dall'x612em+ sono commutati alternativamente in elettrodi di corrente e di misura consentendo così la simultaneità sui diversi canali disponibili. 5

6 L inversione tomografica genera in output una ricostruzione bidimensionale o tridimensionale del terreno da cui è possibile fare le dovute analisi ed interpretazioni. La vasta applicabilità del metodo è coperta dall alta risoluzione dello strumento e dagli standard qualitativi alti della componentistica interna e degli accessori a corredo della macchina progettati e realizzati per massimizzare la velocità di posizionamento in cantiere ed allo stesso tempo per garantire una prestazione e lunga durata nell utilizzo. Oltre alle applicazioni che prevedono una restituzione di una sezione tomografica di resistività, si possono eseguire anche altre tipologie di indagini. Si possono misurare i potenziali spontanei consentendo di rilevare, in maniera passiva, le differenze di potenziale legate ad un campo elettrico naturale correlato ad esempio alla circolazione sotterranea di soluzioni elettrolitiche acquose in mezzi porosi o alla presenza di filoni minerali. Dall'analisi delle anomalie di PS in superficie, si possono determinare intensità e posizione delle concentrazioni di cariche ioniche con entrambe le polarità. Dall apposita finestra di configurazione è possibile misurare oltre la resistività apparente anche la caricabilità o polarizzazione indotta secondo cinque intervalli temporali specifici essenziale, questo, per ridurre al minimo i fattori di disturbo che spesso subentrano in questa tipologia di prospezione. Per evidenziare passaggi tra materiali conduttivi e resistivi con la profondità si possono eseguire i classici Sondaggi Elettrici Verticali (S.E.V.) che restituiscono un profilo monodimensionale. Attraverso due elettrodi esterni A e B è immessa nel terreno la corrente fornita da un sistema energizzante mentre, con due elettrodi interni M e N si misura la differenza di potenziale nel sottosuolo. I dati ottenuti sono utilizzati per costruire le curve di resistività apparente su diagrammi bilogaritmi, e interpretati con software noti e largamente sperimentati. Sullo strumento è installata l applicazione Res1D che consente l immediata elaborazione delle indagini tipo S.E.V. direttamente in cantiere. 6

7 Lo strumento può essere predisposto anche per effettuare prospezioni in presenza di acqua per investigare ad esempio i fondali marini o gli alvei dei fiumi; per questa tipologia di misura, la MAE srl ha prodotto dei cavi particolari. Per le misure di resistività in acqua, si consiglia di utilizzare la potenza massima del generatore interno che può essere incrementata fino a 600 Watt; è opportuno preferire questa potenza affinchè il segnale e quindi l immissione della corrente riesca a penetrare nei depositi al di sotto della massa d acqua. La delicata operazione di registrazione e salvataggio dei dati viene agevolata attraverso la possibilità di visualizzare i punti di misura e graficarli. Per prospezioni in acqua, è bene utilizzare dispositivi con pochi punti di misura e con pochi canali e bisogna avere attenzione nel realizzare sequenze di acquisizione appropriate alla tipologia di dati che si vogliono ottenere in relazione ai target da raggiungere. Si consiglia l utilizzo di software dedicati alla creazione di catene di misure ad hoc. Si riporta ad esempio una sezione, costruita con Emlab (sviluppato dalla MAE srl) con i data point che partono da uno specifico livello (-4m). E bene preferire dispositivi che consentono la massima potenza del segnale come dispositivi tipo wenner o quadripoli tipo reciprocal wenner ; per grandi valori del fattore n il dispositivo dipolo dipolo presenta una scarsa penetrazione del segnale. La configurazione dell X612 Em+ è gestibile in maniera agevole dall apposita finestra e, per massimizzare l uso del georesistivimetro nelle indagini marine, si consiglia di abbassare la tensione a discapito di una maggiore Intensità di corrente. Le misure in acqua sono possibili in maniera statica alloggiando il cavo o direttamente sul fondale per mezzo di adeguate zavorre o facendolo galleggiare sulla superficie con un set di galleggianti da adibire. E ovvio che, qualora si preveda di posizionare il cavo sul fondale, l ausilio di un subacqueo diviene indispensabile. In fase di montaggio della linea geoelettrica, i singoli galleggianti si lasciano in acqua progressivamente in modo tale da evitare ingarbugliamenti lungo lo stendimento e, infine, sulla parte terminale del cavo si può posizionare una zavorra in modo tale da tenere il cavo sempre teso. La zavorra terminale deve essere disposta in modo tale da non toccare sul 7

8 fondo evitando cosi possibili incagli del cavo. Possono essere previsti altri sistemi, con lo scopo di mantenere il cavo ben teso cosi da rispettare la spaziatura costante tra gli elettrodi e quindi una corretta geometria di acquisizione. L acquisizione in maniera statica, a differenza di quella dinamica (trascinamento continuo della catena di elettrodi) consente l inversione di polarità dei quadripoli e lo stacking delle misure, consentendo quindi il calcolo della deviazione standard durante le misure. Il cavo che viene prodotto per utilizzare l X612Em+ in acqua, è caratterizzato da alta resistenza al trascinamento e viene collegato al georesistivimetro attraverso connettore standard militare con innesti a baionetta robusti e con tappo di protezione per evitare l'accumulo all'interno di essi di umidità o sporcizia durante le fasi trasporto e deployment della strumentazione. La caratteristica principale che rende il cavo predisposto a tali indagini è rappresentata dalle boccole di collegamento in grafite, materiale con performance elevate in merito alla conduzione della corrente, meglio di quanto riesca a fare l acciaio o il rame. Con l utilizzo di questo materiale posizionato a distanze fisse ai diversi take out presenti lungo lo stendimento, si evita la fase di posizionamento e collegamento dei singoli elettrodi al cavo, logisticamente complicata in questi contesti ambientali. In questo modo, svolgendo semplicemente il cavo e connettendolo all X612EM+, si è pronti per la fase di acquisizione. Si riportano alcuni esempi di restituzione di tomografia elettrica effettuata in acqua e processati con apposito software Zondres2D (Alex kaminsky). 8

9 Il pannello frontale dello strumento, realizzato interamente in alluminio ad alto spessore, riporta le indicazioni in incisione così da renderle nettamente visibili in tutte le condizioni ambientali e preservarne la qualità dall usura, inevitabile con altre tipologie di marcatura. La progettazione meccanica, sia del pannello che del box contenitore è un giusto compromesso tra rigidità e flessibilità in quanto deve garantire la massima affidabilità nel tempo ed allo stesso tempo un corretto assorbimento e smorzamento delle sollecitazioni di trasporto in modo tale da preservare i componenti elettronici interni da possibili danneggiamenti. Le connessioni sono tutte presenti sul pannello così da rispettare la conformità allo standard IP67 durante le fasi di trasporto, a contenitore chiuso. Durante il normale utilizzo il corretto raffreddamento dell elettronica è controllato elettronicamente mediante azionamento delle ventole con filtro per agenti sottili sostituibile dall esterno. In caso di danneggiamento del monitor è possibile proseguire l utilizzo collegando un monitor esterno alla presa VGA presente sul pannello in unione a dispositivi di input mediante le prese USB quali mouse e tastiera. La connessione LAN (Wi-Fi opzionalmente) può essere utilizzata in caso si abbia la necessità di realizzare un controllo a distanza della strumentazione oppure per esigenze di teleassistenza remota. 9

10 L interfaccia utente è resa semplice ed intuitiva attraverso il sistema touch-screen; dopo pochi secondi dall accensione si visualizzerà una shell iniziale dove si dispongono le diverse icone delle applicazioni tra due pagine. In basso viene mostrato lo stato di carica (V), la temperatura ( C) e la memoria di archiviazione disponibile (GB); nel settore centrale si colloca l utility che consente di scorrere tra le due pagine disponibili. Pagina 1 Pagina 2 Lanciato l apposito applicativo, si possono gestire le diverse funzioni che lo strumento permette tra cui la verifica di resistenza di contatto tra gli elettrodi (Test picchetti) che in maniera preventiva stabilisci il corretto passaggio di corrente tra gli elettrodi che si dispone. La georeferenziazione del dato attraverso il modulo GPS consente di attribuire al file 10

11 acquisito anche i riferimenti spaziali. Un apposito tool permette di compilare automaticamente i campi riferimento e quota al momento del salvataggio delle misure che può avvenire sia sul computer interno che su memoria esterna tipo USB. Ulteriore implementazione del sistema di acquisizione che si è realizzato, dopo diversi accorgimenti e test, è la programmazione delle misure. La programmazione delle misure è utile in ambito di monitoraggio ambientale (discariche, bonifiche). Impostando riferimenti temporali (giorni, ore) e specifici array, l X612EM+ provvede ad avviare i cicli di misure in maniera autonoma, senza alcun intervento dell operatore. Le misure in Time Lapse consentono di osservare le variazioni di resistività nel tempo; sono utili, ad esempio, se si vogliono studiare comportamenti come i tempi di risposta che ha un sito al passaggio di inquinanti o come si diffonde/ circola un fluido che viene immesso nel sottosuolo. Specifiche Tecniche Corrente in uscita Intensità massima 5A a 50 V (A=Ampere; V=Volt) Tensione di uscita ±50V, ±100V, ±250V, ±500V, ±800V Potenza nominale massima 250 Watt ( fino a 600 Watt a richiesta in fase d ordine) Tempo di immissione Impostabile da 0,25 sec (visualizzazione onda impostata) Precisione della misura ±0,2μA Regolazione Automatica (5 step) Misura di potenziale Azzeramento automatico del potenziale spontaneo Misura simultanea su tutti i canali impostati Fondo scala massimo: ±25 Volt Riduzione del rumore con media da 2 a 10 misure Filtro frequenza di rete: 50 Hz Impedenza d ingresso: 2,5 MΩ (Ohm) Dimensioni bobina singola: L220 x H225 x P250 mm Peso bobina singola :9,3 kg Accuratezza della resistività misurata: ±0,5% Precisione della misura: ±1,5μV nel range ±25V Caricabilità Misurata su cinque finestre temporali Generali Modalità Ricarica Alimentazione esterna (ved. Par. 2.3) Assorbimento medio :2,5A Assorbimento di picco: 20 A per 250 W/ 50 A per 600 Watt Display Touch screen integrato optical bounding /LCD 12.2 Sistema operativo Windows 10 Formato dati esportazione.tsv,.csv,.dat. Elettrodi gestibili 48,72, fino a 96 Dimensioni e Peso dello strumento 40.4x17.4x33 cm, 8 Kg (cavi e sensori esclusi) Interfacce disponibili USB,WGA, LAN Condizioni ambientali di funzionamento: -20/90 C Valigia in copolimero di polipropilene, valvola di equalizzazione automatica della pressione, IP67 11

12 La velocità di esecuzione di una prospezione geoelettrica è in stretta correlazione con la tipologia di array che si utilizza e al numero di misure di cui si compone lo stesso. Accessori Gli accessori, personalizzabili in base alle esigenze del cliente, completano la strumentazione permettendo di realizzare le prospezioni geoelettriche che si sono illustrate. La cura nella progettazione, nella realizzazione e nel collaudo di ogni componente garantisce di svolgere l indagine in campagna con semplicità e rapidità ed ottenere risultati affidabili. Il numero di canali disponibili sullo strumento X612EM+ è di 96 e pertanto le unità descritte possono essere adibite a supportare fino al numero massimo dei canali (elettrodi) disponibili. L interdistanza tra le prese di collegamento degli elettrodi ai cavi multipolari è personalizzabile da un minimo di 3 metri fino a 20 metri; a tal proposito è bene sapere che la distanza complessiva della copertura che si ottiene con gli stendimenti adoperati, è in stretta relazione alla profondità che si vuole raggiungere attraverso l indagine. Si descrivono i componenti necessari per il funzionamento con i relativi codici identificativi (MAE s.r.l.) CA4VPP1X Cavo alimentazione dotato di connettore VEAM 4 poli e connettori con pinza a molla rossa e nera in acciaio inox e cappuccio di protezione in PVC. Conduttori flessibili con isolamento TPE e guaina in PUR di colore nero; alta resistenza all'usura in generale. Il cavo permette l alimentazione da batteria esterna in caso di potenze di immissione elevate e uso prolungato dell apparecchiatura. 12

13 CEI26V26V1 CEPPM05 EL1 CPE2405 Cavo multipolare di inversione con isolamento TPE e guaina in PUR opaco di colore giallo ad alta resistenza al trascinamento ed all'usura in generale. Nel dettaglio il cavo ha lunghezza 1 metro e conduttori in rame stagnato 12x2x22AWG ; 26 contatti placcati in oro su nickel, fissaggio a baionetta a 3 punti con 5 chiavi di polarizzazione e certificazione militare MILC , JSS Cavo di colore rosso unipolare (lunghezza 0,5 m) con connessione tramite pinza a molla in acciaio inox e cappuccio di protezione in PVC da entrambi i lati per assicurare la migliore connessione fra elettrodo e cavo e la protezione agli agenti atmosferici. Prodotti mediante utilizzo di conduttori flessibili con isolamento TPE e guaina in PUR lucido di colore rosso e sono caratterizzati da un'alta resistenza all'usura in generale. Elettrodo in acciaio inox (lunghezza 250 mm e diametro 12 mm) con punta per infissione nel terreno. Cavo multicoppie (24 prese) per collegamento degli elettrodi all X612EM+; conduttori flessibili con isolamento in TPE e guaina in PUR lucido di colore giallo. Alta resistenza al trascinamento e all'usura in generale. Le boccole di collegamento, sono racchiuse in gusci di una speciale miscela di materiale plastico che le rendono resistenti e allo stesso tempo flessibili. Gli stendimenti sono completi di avvolgicavo e connettori di tipo militare con innesto a baionetta. Sono dotati di tappo di protezione; sono installati su avvolgicavo in materiale plastico ad alta resistenza al fine di garantire robustezza ma anche leggerezza nelle operazioni di trasporto con telaio in ferro e ruote per agevolarne il movimento in cantiere. CE26V26VM Prolunga per stendimento con isolamento TPE e guaina in PUR lucido di colore giallo e sono caratterizzati da un'alta resistenza al trascinamento ed all'usura in generale. I cavi prolunga sono dotati di connettore standard militare con innesto a baionetta (Amphenol) L'elevata qualità dei materiali utilizzati rendono le fasi di trasporto e connessione dei cavi alla strumentazione estremamente semplici e nel contempo assicurano la massima qualità nel trasferimento del dato acquisito. Si forniscono su avvolgicavo in materiale plastico ad alta resistenza. 13

14 BOX1 Box fornito in dotazione con relativo cavo di collegamento alla normale presa elettrica, contenente l'elettronica per l alimentazione dello strumento in continuo. CA3V3VI Cavo alimentazione box-strumento dotato di connettore VEAM 3 poli da entrambi i lati con conduttori flessibili, isolamento TPE e guaina in PUR lucido di colore rosso e sono caratterizzati da alta resistenza all'usura in generale;lunghezza 1 metro. USBK4GR USBK4GY In caso di danni irreversibili al sistema operativo dello strumento, è possibile ripristinare lo stesso connettendo il dispositivo ad una delle porte USB disponibili. La procedura per effettuare in maniera corretta l operazione di ripristino viene riportata nel paragrafo 6.1 del manuale. Connettendo il dispositivo ad una delle porte USB disponibili è possibile effettuare il salvataggio dei dati. Capacità dispositivo fornito pari a 4 Gbyte. CEBPM05 Cavo unipolare per la connessione degli elettrodi alle bobine A,B,M,N; il cavo è dotato di connettore con pinza a molla in acciaio inox e cappuccio di protezione in PVC per assicurare la migliore connessione fra elettrodo e cavo e la protezione del connettore da agenti atmosferici. Isolamento TPE e guaina in PUR lucido di colore rosso, lunghezza 0.5 metri, colore rosso, sezione 1,5 mm 2. CEBBM250B Bobina con cavo unipolare colore blu, lunghezza 250 mt, sezione 1,5 mm 2 polo N. 14

15 CEBBM250R Bobina con cavo unipolare colore rosso, lunghezza 250 mt, sezione 1,5 mm 2 polo M. CEBBM500B Bobina con cavo unipolare colore blu, lunghezza 500 mt, sezione 1,5mm 2 polo B. CEBBM500R Bobina con cavo unipolare colore blu, lunghezza 500 mt, sezione 1,5 mm 2 polo A. CPEM24(02) PRESA/ELETTRODO IN GRAFITE Specifiche tecniche cavo per indagini in acqua. l interdistanza tra le prese in grafite è personalizzabile fino a 20 metri. Materiale prese elettrodiche: Grafite CO33 - Diametro: 30 mm Conduttori: 24x22AWG in rame stagnato/isolamento: TPE/Guaina: PUR lucido giallo/lunghezza: 120 m Fissaggio: baionetta a 3 punti con 5 chiavi di polarizzazione/certificazioni: militare MILC-26482, JSS50813 Peso: 25 Kg - Codice HS:

16 EL2 Quando non è possibile effettuare dei fori per l inserimento degli elettrodi (EL1) come può accadere in particolari siti ad esempio interno di edifici di pregio, pavimentazioni lastricate di valore storico, si possono richiedere delle piastre in acciaio inox (EL2) che consentono un buon accoppiamento con la superficie da indagare. EL3 Elettrodi non polarizzabili utilizzati principalmente per misure di polarizzazione indotta e potenziali spontanei; mediante l'utilizzo i potenziali dovuti all azione elettrochimica tra elettrodo e terreno sono nulli al fine di limitare le resistenze di contatto tra elettrodo e terreno. 16