GUIDA OPERATIVA S.E.V. SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE

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1 GUIDA OPERATIVA S.E.V. SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE 1

2 Procedura geoelettrica quadripolo (S.E.V.) Generalità Il metodo di prospezione geoelettrico S.E.V. (Sondaggio Elettrico Verticale) consiste nell'indagare in un determinato territorio la variazione della resistività con la profondità. Essa rientra tra le indagini geognostiche indirette, non invasive, più antiche che permette di analizzare lunghi profili di terreno sino a notevoli profondità, con costi contenuti e senza arrecare alcun disturbo alle strutture esistenti ed alla circolazione idrica sotterranea. La tecnica del S.E.V. (Sondaggio Elettrico Verticale) comprende una serie di determinazioni di resistività effettuate con distanza progressiva crescente tra gli elettrodi di corrente (A-B) e di potenziale (M-N), secondo il dispositivo a quattro elettrodi di seguito schematizzato. Attraverso i due elettrodi esterni A e B viene immessa nel terreno una corrente continua fornita da una serie di pile a secco o da un generatore; tramite i due elettrodi centrali M ed N viene misurata la differenza di potenziale generata nel sottosuolo al passaggio di corrente tra A e B. Le misure di differenza di potenziale (ddp) e di intensità di corrente (I) vengono effettuate con strumenti di precisione, dotati di azzeratore dei potenziali spontanei esistenti nel terreno. Da queste misure si ricava la resistività apparente (R) del terreno secondo la formula: R = K ddp/i dove K indica la costante geometrica dello stendimento. Stendimento Sclumberger K= (AMxAN/MN) Stendimento Wenner K= 2MN Si parla di resistività apparente poiché è un intero volume di roccia ad essere investigato. Il volume di sottosuolo investigato è riconducibile (orientativamente) ad un parallelepipedo di lunghezza L =3(AB/2) di larghezza l =AB/2 e di profondità H=AB/4. DISPOSIZIONE ELETTRODICA Quadripolo Wenner ( spaziatura costante) facilità di calcolo fattore K Quadripolo Sclumberger (distanza tra elettrodi di misura MN piccola rispetto AB) vantaggio aumento profondità di indagine. Tripolo o polo dipolo ( è un quadripolo asimmetrico con un elettrodo di corrente molto di stante dagli altri tre). Il vantaggio di questo dispositivo è la possibilità di raggiungere notevoli profondità di investigazione con stendimenti relativamente ridotti e l'elevata 2

3 sensibilità ai disturbi laterali. Per estendere le misure di resistività a strati via via più profondi, si aumenta la distanza fra gli elettrodi A-B ed M-N; in tal modo le linee di corrente attraversano porzioni di sottosuolo sempre più profonde. Riportando i valori di resistività apparente su un diagramma bilogaritmico si costruiscono le curve di resistività apparente in cui i valori di AB/2 sulle ascisse sono espressi in metri, mentre quelli di resistività, sulle ordinate, in ohm*metro. Riportando i valori di resistività apparente su un diagramma bilogaritmico si costruiscono le curve di resistività apparente in cui i valori di AB/2 sulle ascisse sono espressi in metri, mentre quelli di resistività, sulle ordinate, in ohm*metro. Dalle curve di resistività così ottenute è possibile risalire ai valori delle resistività vere e agli spessori degli strati, a diversa resistività, con l`ausilio di un modello matematico. Le singole interpretazioni dei S.E.V. saranno eventualmente graficate sotto forma di profili geoelettrici che consentiranno di visualizzare delle sezioni interpretate evidenziando le correlazioni con i dati stratigrafici disponibili. Si potranno inoltre elaborate carte tematiche 3

4 a curve di livello per evidenziare l`andamento di superfici e/o di spessori di unità di particolare interesse, come ad esempio strati acquiferi oppure livelli impermeabili. Modalità di acquisizione Dato che i picchetti dovranno essere spostati manualmente tra una acquisizione e la successiva è conveniente prima configurare lo strumento per l'analisi cosi da evitare possibili inconvenienti nelle fasi di lavoro. Le modalità operative sono di seguito descritte. All'accensione dello strumento, dopo alcuni secondi necessari al caricamento del sistema operativo e all'inizializzazione delle periferiche. Attivare la sezione SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE e caricare una tabella di configurazione (file con estensione.sev), che come si vede, contiene le semi-distanze tra gli elettrodi di corrente (A-B) e quelle tra gli elettrodi di potenziale (M-N). Il corrispondente coefficiente geometrico K viene calcolato automaticamente. 4

5 La corrente elettrica (I) viene applicata agli elettrodi A e B e il potenziale (V) viene misurato tra gli elettrodi M e N. La resistività ρ viene calcolata con la relazione: Il file.sev in forma tabellare contiene le semidistanze tra gli elettrodi di corrente A-B e quelle tra gli elettrodi di potenziale (M-N). Prima di iniziare con la misura singola si consiglia di ricontrollare la finestra configurazione e controllare i parametri che si sono impostati sullo strumento in base al tipo di sondaggio da compiere. Posizionare gli elettrodi alle distanze stabilite (AB/2 ed MN/2 indicate nella prima riga della tabella) che per la prima misura prevede M ed N ciascuno a 0.5 m da P e quelli A e B ciascuno a 2 m da P e collegarli tramite le bobine allo strumento. 5

6 Si è pronti per effettuare la prima misura. Gli elettrodi devono essere allineati, lungo una direzione rettilinea arbitraria, possibilmente privilegiando la direzione di minima pendenza. Le misure sono riferite alla verticale passante per il centro di simmetria P degli elettrodi, che deve rimanere invariato durante tutto il set di misure. Gli elettrodi devono essere allineati lungo una direzione rettilinea arbitraria, possibilmente privilegiando direzioni con minime pendenze cosi da minimizzare errori dovuti a una topografia accidentata. In genere la densità di corrente aumenta nei settori depressi e tende a diminuire in corrispondenza di alti morfologici. Per le misure quadripolo si consiglia di disporsi in maniera tale che le bobine possono essere facilmente stese mentre si procede nell'avanzamento della misura. Ciò specie se si intende effettuare stendimenti lunghi anche diverse centinaia di metri. Si ricorda che le misure sono riferite alla verticale passante per il centro di simmetria degli elettrodi. Visualizzata la tabella con le distanze si può quindi iniziare il set di misure procedendo pertanto nell'infissione degli elettrodi alle distanze stabilite. Se si seleziona la casella "misura solo potenziali spontanei" non sarà generata alcuna corrente e saranno registrati solo i valori dei potenziali spontanei misurati per ciascuna 6

7 delle configurazioni degli elettrodi. Se ad esempio si hanno informazioni pregresse sul sito da investigare come ad esempio presenza di litologie caratterizzate da resistività relativamente elevate, potrebbe essere necessario aumentare l'intensità della corrente immessa. Si può cosi procedere alle diverse misurazioni singole spostando di volta in volta il quadripolo alle diverse distanze dal punto centrale cosi come dalla tabella AB/2 e MN/2. Riassumendo quindi le operazioni da effettuare per eseguire una misura fissato un punto di riferimento P sul terreno e una direzione d: - selezionare la riga corrispondente della tabella; - collegare gli elettrodi tramite le bobine di cavo secondo lo schema riportato; - posizionare gli elettrodi rispettivamente alle distanze AB/2 ed MN/2 indicate nella riga, selezionata rispetto al punto P e lungo la direzione d. Ad esempio, per la misura selezionata in figura 9, bisogna disporre gli elettrodi M ed N ciascuno a 0.5 m da P e quelli A e B ciascuno a 2 m da P. - premere il bottone Misura singola e attendere che la misura venga completata. Premendo il bottone 'Inizia sequenza' la macchina eseguirà la misura corrente e si fermerà in attesa di conferma che lo spostamento degli elettrodi sia stato effettuato. Quindi procederà con la misura immediatamente seguente e così via fino al termine. Per garantire la propria incolumità e quella di eventuali collaboratori, prima di spostare gli elettrodi, assicurarsi sempre che lo strumento sia nella fase di attesa ed abbia quindi disattivato il generatore di alta tensione. Al termine delle misure è possibile salvare i dati nel formato.tsv e anche in quello.dat. Il file salvato in quest ultimo formato può essere utilizzato direttamente per l elaborazione con il programma freeware RES1D, scaricabile tramite il link: e che contiene anche le istruzioni per il suo uso. E possibile naturalmente eseguire misure con spaziature diverse da quelle previste nella tabella Schlumberger.sev di esempio. A tale scopo bisogna predisporre una diversa tabella. La tabella consiste semplicemente in un elenco di coppie di valori, che, come indicato dalle intestazioni, rappresentano rispettivamente le semi-distanze tra gli elettrodi di corrente e tra quelli di potenziale. Il calcolo del coefficiente geometrico K, necessario per la determinazione della resistività apparente, sarà automaticamente calcolato a partire da tali distanze al momento di eseguire la misura. Sarà cura dell'utente disporre i quattro picchetti in modo coerente, secondo lo schema di prospezione Schlumberger. La stessa tabella può anche essere usata per uno stendimento quadripolare di tipo Wenner. Per la compilazione delle tabelle su PC è possibile utilizzare un editor di testo, come Notepad o Blocco note, o un foglio di calcolo, come Microsoft Excel o altri. 7

8 Il procedimento è il seguente in cui ad ogni riga corrisponde una misura. 2.0; , ; , ;0.5 oppure: 6.0; ; ; ; ;1.0 Salvare il file come documento di testo con estensione.sev (per il tipo a). Con Notepad è necessario specificate Tutti i file nella casella Salva come:, per evitare che venga aggiunta automaticamente l estensione.txt al nome del file. Interpretazione dei S.E.V. L'interpretazione in assenza di informazioni aggiuntive sulla litostratigrafia o sul livello piezometrico risulta ad oggi imprecisa. La conoscenza attraverso indagini geognostiche in sito sicuramente concorrerà a migliorare la risoluzione del modello finale. INTERPRETAZIONE COSTRUZIONE DI UN MODELLO GEOLOGICO DETERMINAZIONE DELLE CURVE DI RESISTIVITA' TEORICHE CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI 8

9 I diagrammi di resistività rappresentano la funzione resistività-profondità sulla base della situazione litologica del sottosuolo. Nell`interpretazione quantitativa si deve operare il processo inverso, ossia si deve ricavare il modello del terreno, in termini di spessore e resistività degli strati, sulla base dell`andamento della resistività con la profondità. Tale procedimento si realizza con l`ausilio di un programma di calcolo che applica un opportuno modello matematico. I software di elaborazione, forniscono immediatamente la curva di resistività calcolata (sulla base di un modello che è stato inserito) in sovrapposizione a quella misurata sul terreno, consentendo di valutare la corrispondenza tra le due curve. Tramite l`utilizzo di alcune funzioni sull`equivalenza delle soluzioni interpretative (variando opportunamente lo spessore e la resistività di uno strato la sua risposta elettrica non cambia apprezzabilmente), di elaborare un modello fisico del sottosuolo che tenga conto delle interpretazioni di tutti i S.E.V., comparate le une alle altre per ciascun area. Le curve interpretate e quelle ricavate sul terreno vengono riportate su di un unico grafico in cui è possibile verificare visivamente la loro corrispondenza. L`interpretazione dei singoli S.E.V. viene fatta nell`ipotesi che gli strati del sottosuolo, al di sotto del punto di stazione, siano omogenei, orizzontali e con superfici di separazione piano-parallele. Insita nel metodo di prospezione elettrica, si ha una possibilità d`errore nella determinazione dei valori di resistività e di spessore dei singoli strati non inferiore a +/ %, legata soprattutto ai limiti imposti dai principi di equivalenza sopra accennato. 9

10 ORDINE DI GRANDEZZA DELLE RESISTIVITA' DELLE ACQUE E DELLE ROCCE (da Astier, 1971 mod). 1. Buoni conduttori (ρ < 10 7 Ωm); 2. Conduttori intermedi (1< ρ < 10 7 Ωm); 3. Cattivi conduttori o isolanti (ρ >10 7 Ωm); Acqua di mare <0,2 Acqua con il 20% di sale 3*10-2 Acqua pura 102 3*103 Calcari e dolomie Arenarie Argille (acqua dolce) Argille (acqua salata) 1 10 Marne 2 50 Sabbia (da bagnata ad asciutta) Graniti ed oltre Basalti Quarziti 2*104 ed oltre Pirite Galena Grafite Bauxite

11 Di seguito si riportano i risultati di sondaggi elettrici verticali eseguiti in cui si può osservare come la curva di resistività varia in funzione dell'assetto stratigrafico presente (da corso Geofisica Generale Applicata di Roma Tre AA12/13 - Antonio Meloni). 11

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