GUIDA OPERATIVA POLARIZZAZIONE INDOTTA

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1 GUIDA OPERATIVA POLARIZZAZIONE INDOTTA 1

2 Procedura geoelettrica Polarizzazione indotta Generalità La Polarizzazione indotta (effetto capacitivo) rappresenta l'attitudine di un determinato materiale ad accumulare cariche elettriche di polarità opposta (caricarsi come un condensatore elettrico) lungo la superficie di discontinuità tra mezzi a resistività diversa, durante l'invio di corrente nel sottosuolo, e a permettere la scarica negli istanti immediatamente successivi all'interruzione della corrente stessa. Terreni con maggior effetto capacitivo (cioè con elevata caricabilità) sono quelli in cui si ha la contemporanea presenza di parti molto conduttive, affiancate ad altre molto resistive, senza che si verifichi una marcata continuità delle prime. La polarizzazione indotta è un fenomeno generato dalla stimolazione di una corrente elettrica che viene osservata dopo l'applicazione di una tensione nel terreno. In linea generale si osserva una curva di decadimento del potenziale, susseguentemente all'interruzione della corrente immessa. Il metodo della polarizzazione indotta, come il precedente, si basa sull esistenza dei fenomeni elettrochimici che si generano al contatto tra mezzi conduttori di differente natura. La polarizzazione viene fatta utilizzando un circuito composto di due elettrodi, che induce una polarizzazione nel terreno, e un circuito di misura fatto con altri due elettrodi a cui è collegato un potenziometro. Il metodo è soprattutto utilizzato in ambito minerario. Le sorgenti di polarizzazione indotta possono essere: - processi ossido-riduttivi lungo l'interfaccia tra grani metallici e fluidi interstiziali (polarizzazione di elettrodo) - accumuli ionici in elettroliti in movimento a seguito di variazioni di mobilità lungo il percorso (polarizzazione elettrocinetica). Per avere polarizzazione elettrocinetica ci devono essere minerali silicatici fibrosi o lamellari carichi negativamente in superficie che attraggono cationi. L'argilla (fillosilicati) sembra essere una condizione necessaria affinchè ci sia polarizzazione. L'uso della polarizzazione indotta (detta anche della caricabilità) è molto utile e in ambito 2

3 ambientale (discariche) e nel settore dei beni culturali. Come per le misure di resistività, anche per le misure di polarizzazione indotta (caricabilità) si immette corrente e si rileva una differenza di potenziale utilizzando sistemi quadripolari. Più nel dettaglio la corrente viene immessa per un periodo più lungo in modo da avere un segnale più stazionario. La differenza di potenziale residua sarà rilevata dopo qualche tempo (pochi millisecondi) fino a quando la corrente decade a zero. Il decadimento della differenza di potenziale quindi non viene rilevata in continuo ma a passi temporali brevi cosi da consentire la ricostruzione dello smorzamento di carica. Una volta costruita la curva di smorzamento si calcola l'area sottesa ad essa e dividendo per la differenza di potenziale (Viniziale-Vfinale) si ottiene la caricabilità o capacità di carica del mezzo. La caricabilità rappresenta la concentrazione di un conduttivo in prossimità dello stendimento multielettrodico. Nel momento di interruzione della corrente agli elettrodi A e B, la ddp tra M e N non si azzera istantaneamente ma si scarica in un determinato tempo seguendo un andamento specifico. Si può esprimere sia nel dominio del tempo, con tensioni di rilassamento all'interruzione di un flusso di corrente elettrica energizzante a gradino, sia nel dominio delle frequenze, con una precisa legge di dispersione della resistività elettrica al variare della frequenza di un flusso di corrente alternata energizzante. Il tempo richiesto per ripristinare le condizioni di equilibrio è funzione del grado di polarizzazione del terreno. Se nel terreno e incluso un corpo metallico o con proprietà analoghe, si verificano anomalie nel decadimento elettrico, in funzione del tempo. Lo stesso fenomeno si osserva anche per polarizzazione di contaminanti organici che possono eventualmente trovarsi nel terreno di un sito contaminato. La configurazione tipica per l acquisizione dei dati di questo tipo varia in funzione di numerose variabili. La profondità d indagine e funzione della distanza tra i due poli (n x a). Sono generalmente utilizzati più valori di n consentendo di effettuare pseudosezioni di polarizzabilità del terreno. 3

4 Per un terreno omogeneo di dimensioni infinite, il tempo di decadimento è funzione della resistività del terreno e non cambia al variare della coppia dei punti tra i quali si misura la differenza di potenziale. Se nel terreno è incluso un corpo metallico o un corpo con proprietà analoghe a quelle di un corpo metallico, si verificano anomalie nel decadimento elettrico in funzione del tempo. Lo stesso fenomeno si osserva anche per la polarizzazione di contaminanti organici, che possono eventualmente trovarsi nel terreno di un sito contaminato. Se nel terreno e incluso un corpo metallico o con proprietà analoghe, si verificano anomalie nel decadimento elettrico, in funzione del tempo. Lo stesso fenomeno si osserva anche per polarizzazione di contaminanti organici che pò sono eventualmente trovarsi nel terreno di un sito contaminato. La configurazione tipica per l acquisizione dei dati di questo tipo varia in funzione di numerose variabili. Esperienza sul campo suggerisce che l'indagine IP può spesso rilevare oggetti metallici sepolti di dimensioni piuttosto piccole; oggetti difficili o impossibili da individuare con il metodo di resistività. 4

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6 Modalità di acquisizione La modalità di acquisizione delle misure prevede un approccio simile a quello della resistività elettrica e pertanto possono essere utilizzate configurazioni simili. In linea generale ci sono tre modi per poter misurare gli effetti di polarizzazione: nel dominio del tempo, nel dominio delle frequenze, nell'analisi spettrale. Per un terreno omogeneo di dimensioni infinite, il tempo di decadimento e funzione della resistività del terreno e non cambia al variare della coppia dei punti tra i quali si misura la differenza del potenziale. La profondità d indagine è funzione della distanza interelettrodica e dal tipo di array che si è scelto nella misura. Più nel dettaglio le misure vengono fatte dopo un tempo di ritardo (Delay Time) di qualche decina di millisecondi, preferibilmente un secondo (M Delay Time), in modo da lasciare che gli effetti di accoppiamento tra i cavi e altri effetti parassiti si siano esauriti o che almeno siano trascurabili. Le misurazioni della caricabilità apparente parziale (Mi) e la media globale dedotta (Ma) danno informazioni riguardanti la capacità del suolo ad essere caricato da un flusso di corrente. Le operazioni di campagna prevedono in primo luogo di predisporre gli elettrodi in linea con la sequenza (array) che si vuole utilizzare nella misura. Una volta disposti in maniera appropriata e collegati gli elettrodi allo strumento si passa a configurare lo strumento previa analisi delle connessioni dei picchetti attraverso la sezione "Test Picchetti". Nella finestra "configurazione" selezionare la casella 'misura caricabilità' per eseguire contemporaneamente alle misure di resistività anche quelle di caricabilità (o polarizzazione indotta). Poiché la determinazione di questo parametro richiede il campionamento della curva di scarica del potenziale dopo una energizzazione, i tempi del diagramma di energizzazione saranno automaticamente aumentati. Un valore di 1200 ms è accettabile. Ciò comporta naturalmente un sensibile aumento della durata complessiva dell'indagine. 6

7 (ms) M L' inversione tomografica dei dati acquisiti in campagna restituisce in output un profilo di caricabilità (M in mv/v o msec) dal quale è possibile fare le dovute interpretazioni. La caricabilità è in generale proporzionale alla carica immagazzinata dal litotipo e rappresenta la concentrazione di un conduttivo in prossimità dello stendimento multielettrodico. In termini pratici i terreni che presentano i maggiori effetti capacitivi, cioè una elevata 7

8 caricabilità, sono quelli in cui si ha la contemporanea presenza di parti molto conduttive, affiancate ad altre molto resistive, senza che si verifichi una marcata continuità delle prime. Tra queste situazioni sono da segnalare le zone con mineralizzazioni metalliche conduttive (es. solfuri) diffuse in rocce compatte e resistive, le alluvioni a granulometria grossolana con abbondante matrice fine ed anche i contesti tipo discarica o siti inquinati dove i liquami percolanti, generalmente molto conduttivi, possono localmente esser confinati in zone elettricamente isolate o contenere barriere isolanti che, sebbene facilmente by-passabili, costituiscono zone di momentaneo accumulo di cariche elettriche. 8

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