TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D E 3D ESEGUITA A SUPORTO … · minerali non sono mezzi isotropi e cioè...

test Pagina 1 13/03/2014

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D E 3D ESEGUITA A SUPORTO

DELLO STUDIO DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO **************************** -

RAPPORTO TECNICO DI PROVA

PROSPEZIONE GEOELETTRICA 2 D E 3D.

REV. Data e località

Ditta committente

Redatto G. Coco

Controllato Dr. M. Corrao

Approvato Dr. M. Corrao COMM.-JOB:

0 Nov.2013 Troina (EN) Dott. Geol. F. Furia IG_131_13

IL PRESENTE DOCUMENTO E’ PROPRIETA’ GEOCHECK S.r.l. A TERMINE DI LEGGE OGNI DIRITTO E’ RISERVATO


INDICE pag .

1.0- PREMESSA 3

2.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA 4

2.1 - GENERALITÀ 4

2.2 - RESISTIVITÀ DELLE ROCCE 4

3.0 - STRUMENTAZIONE ED ACQUISIZIONE DATI 7

4.0 -PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA TRIDIMENSIONALE 9

4.1 - GENERALITÀ 9

4.2 – DISPOSITIVO GEOMETRICO ELETTRODICO 10

4.3 - ELABORAZIONE DATI 12

4.4 - RISULTATI TOMOGRAFIA ELETTRICA 3D 13

5.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA BI-DIMENSIONALE 15

5.1 – DISPOSITIVO GEOMETRICO DEGLI ELETTRODI 15

5.2 - RISULTATI PROFILO GEOELETTRICO 16

5.2.1- - Nota descrittive sezione 2D elettro-tomografica 16


1.0- PREMESSA

Le prove geofisiche oggetto del presente rapporto tecnico, commissionate dal

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxed hanno riguardato la caratterizzazione geo-resistiva

del sottosuolo su cui insiste il quartiere di case della lottizzazione denominata

“xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

. Lo scopo è stato quello di determinare l’assetto idrogeologico del sottosuolo onde evidenziare

eventuali linee di impluvio sepolte.

Nella tabella seguente vengono identificati lunghezze, numero elettrodi ed ID di riferimento:

Tomo 2D

ID prove

geolettriche

Nr. Elettrodi Distanza tra gli

elettrodi (m)

Lunghezza

(m)

ERT_1 30 3 90

Tabella 1 – Elenco prove eseguite

Tomo 3D

⇒ n° 1 indagine geoelettrica tomografica tridimensionale denominata TE3D.

L’ubicazione delle indagini è schematizzata di seguito:

Figura 1. Ubicazione indagini


2.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA

2.1 - GENERALITÀ

La tecnica “Tomografica” è un processo di calcolo che consente la ricostruzione per immagini

di un mezzo da investigare. Si tratta di un processo di stima dei parametri del modello che meglio

approssimano i dati osservati. Il calcolo dovrà condurre ad un modello finale, accettabile dal punto

di vista fisico-matematico, quando lo scarto tra i dati osservati e quelli calcolati tende al minimo.

La “Tomografia Elettrica” consiste nella determinazione di profili o volumi di resistività e/o

caricabilità attraverso la disposizione sul terreno di un numero elevato di elettrodi che

progressivamente vengono spostati lungo una data direzione variandone la distanza inter-elettrodica

al fine di aumentare la profondità d’investigazione. Il set di dati così ottenuto consente la

costruzione di una matrice di valori di resistività la cui inversione, mediante algoritmi matematici,

restituisce la definizione del mezzo investigato in “immagini” di elettro-resistive.

2.2 - RESISTIVITÀ DELLE ROCCE

La resistività delle rocce, considerando che queste sono praticamente isolanti, dipende

principalmente dalla presenza di acqua nei pori. La quantità dei pori nella roccia è definita dalla

porosità che è data dal rapporto tra il volume dei pori e quello della roccia. macrofessure o cavità

laddove l’unica presenza è l’aria hanno un comportamento elettrico nullo, cioè la resistività tende a

valori altissimi (infinito dal punto di vista teorico).

La resistività di una roccia dipende ancora dalla tessitura, cioè dalla disposizione, forma e

dimensioni dei granuli che la compongono, e dai vuoti riempiti di acqua. Si precisa che le rocce ed i

minerali non sono mezzi isotropi e cioè corpi materiali dove le grandezze fisiche si mantengono le

stesse prescindendo dalla direzione, ma variano da leggermente a fortemente anisotropi.

L’anisotropia delle rocce, relativamente alla resistività, è il risultato di una combinazione di

differenti caratteristiche spaziali legate a microfessurazioni, stratificazioni variabili, tessitura,

porosità.

Quindi riepilogando la resistività elettrica, oltre alle proprietà elettriche intrinseche del

materiale indagato, principalmente dai seguenti fattori:

− grado di saturazione dei pori e porosità; − la densità, ovvero lo stato d’addensamento (specie in terreni alluvionali) della formazione; − la granulometria; − l’eventuale grado di fatturazione;


− la presenza di acqua o di umidità e quindi il grado di saturazione; − salinità del fluido presente nei pori; − la presenza di vuoti; − temperatura; − presenza di sostanze organiche (idrocarburi, solventi,ecc.); − presenza di argilla. La relazione empirica proposta da Archie, invece, è valida per suoli avente scarsa componente

argillosa (sabbie, ghiaie):

ρs = ρf a φ-n S-m

dove:

la resistività del fluido ρf è calcolabile, qualora si conoscano le concentrazioni di ioni in

soluzione (ad es. Cl-, SO4 =, NO3-, ecc.), utilizzando la formula:

ρf = 0.0123 + 10 (3.562 - 0.955 log10C )

dove C è la somma delle concentrazioni (pesate da opportuni coefficienti ricavati

sperimentalmente per ciascun ione) di tutti gli ioni presenti.

In geoelettrica si osserva il “flusso” delle cariche attraverso le rocce, trascurando le tendenze

allo squilibrio elettrico. Il flusso di cariche è la corrente elettrica che scorre per convezione da un

polo positivo (+) ad un altro negativo (-). Questa si misura in Ampere (A) e cioè la quantità che

passa in un punto del circuito nell’unità di tempo (1 secondo). Ciò che determina il flusso è la

differenza di potenziale (d.d.p.) e cioè la depressione elettrica tra due punti distanti. La d.d.p. si

misura in Volt (V). Nelle rocce il flusso di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di

potenziale (V). Il rapporto tra d.d.p. e corrente (I ), a meno di un coefficiente geometrico (K ),

definisce la resistenza offerta da un corpo a farsi attraversare da cariche. Questo semplice rapporto,

definito come legge di Ohm, introduce una terza grandezza: la resistività elettrica (ρρρρ).

I

VK=ρ

Vengono di seguito elencati i “range” di resistività di alcune rocce, minerali e metalli:


ROCCE – MINERALI - METALLI Rocce sedimentarie Resistività

(ohm*m)

Calcare 100 – 5000 Argilla 1 – 100 Ghiaia 100 – 5000 Sabbia 100 – 103 Arenaria 100 -104 Marna 1 - 100 Quarzite 5000 – 105

Rocce ignee e metamorfiche

Basalto 10 – 105 Granito 100- 105 Marmo 100 – 106 Scisto 10 – 104 Gabbro 103 – 106 Ardesia 100 – 106

Minerali e metalli

Pirite 0,0001 - 10 Argento 10-7 Grafite 0,001 - 1 Quarzo 105 Salgemma 10 – 109 Bauxite 200 - 6000 Galena 0,01 - 200

Acque

Di mare < 0,2 Pura 100 – 103 Naturale 1 - 100 Con 20% di sale (NaCl) 0,001


3.0 - STRUMENTAZIONE ED ACQUISIZIONE DATI

La strumentazione utilizzata consiste in un georesistivimetro multielettrodico digitale (24 bit)

modello X612-EM aventi le seguenti caratteristiche tecniche:


L’acquisizione dei dati consiste nel generare corrente continua tramite elettrodi di corrente (poli

d’immissione) e misurare la differenza di potenziale che si genera nei picchetti di misura M – N,

secondo geometrie prefissate.

Le procedure seguite per l’operazione d’acquisizione dati può essere così riassunta:

� ricerca preliminare dei sotto servizi prima dell’infissione degli elettrodi nel terreno

� disposizione sul campo degli elettrodi lungo la geometria prefissata (scelta della

configurazione geometrica polo-dipolo, wenner, dipolo dipolo);

� controllo della resistenza di contatto elettrodo/terreno;

� controllo della continuità elettrica tra cavo ed elettrodi;

� riduzione della resistenza di contatto, fino ad un 1K ohm, mediante l’utilizzo di bentonite e

di acqua con aggiunta di Sali;

� scelta delle tabelle di misura

� misura dei potenziali spontanei;

� immissione della corrente secondo forma d’onda quadra ad intervalli di tempo regolari;

� misura ed archiviazione dati.

I dati archiviati sono in forma matriciale e contengono informazioni sulle acquisizioni di

campagna consentendone l’immediata elaborazione.

Località: Troina

riferimento: Ricerca conduttivo

configurazione: POLO-DIPOLO

intervallo: 3 (m)

note:

muro di contenimento armato.

L’elettrodo 25 è stato posizionato sul

lato del muro

mis A B M N I (mA) V (mV) PS (mV) ρ ρ ρ ρ (Ohm*m) s.d. M (ms)

1 1 4 2 3 334.1 214.97 21.09 12.13 0.02 3.2

2 1 7 3 5 327.13 9.72 54.38 1.12 0.01 33.5

3 1 10 4 7 245.85 8.4 -45.12 1.93 0.01 12.6

Tabella 2 – Tabella misure di campagna


4.0 -PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA TRIDIMENS IONALE

4.1 - GENERALITÀ

Ha avuto lo scopo, nella fattispecie, di ricostruire un volume tridimensionale elettroresistivo e di

individuare all’interno dello stesso eventuali anomalie elettriche imputabili alla presenza deflusso

idrico preferenziale.

La “Tomografia elettrica 3D” consiste nella determinazione di blocchi tridimensionali di

resistività grazie alla disposizione sul terreno di un numero elevato di elettrodi, secondo geometrie

prefissate, attraverso i quali viene immessa corrente elettrica continua nel terreno e misurata la

differenza di potenziale della corrente in risalita.

Il set dati così ottenuto consente la costruzione di una matrice di valori di resistività la cui

inversione, mediante algoritmi matematici, restituisce la definizione del mezzo investigato in

“blocchi” elettro-resistivi.

Figura 2. Planimetria area di studio e ubicazione elettrodi


4.2 – DISPOSITIVO GEOMETRICO ELETTRODICO

Per la prova in oggetto sono stati utilizzati 48 elettrodi (47 picchetti + 1 elettrodo in posizione

“remota”- Tab.3 ) la cui disposizioni è stata progettata al fine di ottenere misure di potenziale

secondo una configurazione polo-dipolo (Figura 4 e 5).

Tabella 3 – Coordinate dei picchetti in metri

A M N

na a

Superficie

Elettrodo di immissione Elettrodi di misura

Figura 3. Configurazione Polo-Dipolo


Figura 4. Disposizione geometria degli elettrodi.

La configurazione polo-dipolo, in relazione alla possibilità di disporre liberamente gli elettrodi

in superficie, ha, rispetto ad altre geometrie (wenner, dipolo-dipolo, polo-polo ecc.), una migliore

copertura orizzontale, una maggiore potenza del segnale ed è meno afflitta dal “rumore” tellurico

rispetto, ad esempio, alla matrice polo-polo. A differenza delle altre geometrie, il polo-dipolo è una

geometria fortemente asimmetrica e per ciò le misurazioni devono essere effettuate con le modalità

"forward" e "reverse" degli elettrodi. L'utilizzo di misurazioni ridondanti con sovrapposizione dei

livelli di misura, aumenta la densità dei dati contribuendo a migliorare la risoluzione del

conseguente modello di inversione.

remoto


Figura 5. Blocco 3D configurazione geometrica e volume analizzato. I numeri in riquadro indicano gli

elettrodi.

4.3 - ELABORAZIONE DATI1

L’elaborazione dei valori di resistività apparente calcolati sulla base dei potenziali misurati in

sito, è stata eseguita attraverso un algoritmo d’inversione tomografica 3D del tipo “full 3D

dimensional”. Questo tipo di algoritmo, basato su elementi finiti tetraedrici, consente l’input di dati

topografici complessi e di invertire il data-set dei dati registrati, anche in presenza di elevato “noise”

elettrico di fondo.

1Software Ertlab+


4.4 - RISULTATI TOMOGRAFIA ELETTRICA 3D

I risultati consistono nella definizione dell’immagine elettroresistiva tridimensionale del volume

di terreno circostante e sottostante l’area interessata dal dissesto idrogeologico. Le restituzioni

riguardano il blocco georesistivo 3D complessivo, ed i piani XY estratti a diversa quota.

Il volume geo-resistivo è per lo più dato da valori di resistività riferibili a terreni conduttivi e,

marginalmente e più in superficie, da terreni resistivi.. Il blocco conduttivo ( res < 100 ohm *m) è

caratterizzato dalla presenza di due “plume” fortemente conduttivi ( res < 5 ohm *m), indicati con

un riquadro bianco tratteggiato, localizzati ,rispettivamente, alla base del muro di contenimento e tra

le coordinate X 27-36. Tali “plume” si sviluppano da monte verso valle e potrebbero indicare la

presenza di terreni imbibiti.

Figura 6. Immagine elettrotomografica 3D complessiva. I pallini rossi identificano gli elettrodi (per la

numerazione si rimanda alla tabella 3 ed alla fig. 5)


Nella seguente figura sono riportate le aree prima descritte e la probabile direzione di flusso

idrico (freccia con tratteggio bianco). Tali aree sono estratte nel piano XY a diversa quota.

S2

S1

S2

S1

S2

S1

S2

S1

Figura 7. Sezione XY .

995 m (s.l.m.m.)

1000 m (s.l.m.m.)

1005 m (s.l.m.m.)

1006 m (s.l.m.m.)


5.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA BI-DIMEN SIONALE

Ha avuto lo scopo, nella fattispecie, di localizzare e designare anomalie elettriche imputabili

alla presenza di eventuali linee di deflusso idrico preferenziale..

5.1 – DISPOSITIVO GEOMETRICO DEGLI ELETTRODI

Le linee geoelettriche sono state eseguite con geometria lineare e configurazione quadripolare

dipolo-dipolo (Figura 8).

La geometria dipolo-dipolo è molto sensibile alle variazioni di resistività orizzontali, ma

relativamente insensibile alle variazioni verticali di resistività. Così, la disposizione dipolare è

efficace per la mappatura delle strutture verticali (quali cavità), ma poco efficace per definire le

strutture orizzontali. La profondità media di indagine di questa matrice dipende sia dalla "a"

spaziatura ed il fattore "n".

Figura 8. Configurazione dipolo - dipolo


5.2 - RISULTATI PROFILO GEOELETTRICO

Di seguito si riportano i risultati della linea elettro-tomografica, che consiste nella restituzione

grafica della resistività reale del terreno (inversione tomografica).

5.2.1- - Nota descrittive sezione 2D elettro-tomografica

Le sezione geo-elettrica ERT1 è caratterizzata dalla presenza di due aree fortemente conduttive

( res. < 5 ohm*m) e di un blocco alto-resistivo ascrivibile al muro di contenimento. Le aree

conduttive, indicate con un tratteggio bianco, sono concentrate, la prima al centro della sezione la

seconda alla base del blocco alto-resistivo. La prima area ha un andamento nucleiforme (vd. Fig.6),

mentre la seconda ha una morfologia tronco-conica che indicherebbe una linea di deflusso idrico

preferenziale.

Di seguito sono riportate lo stralcio planimetrico con l’ubicazione dei sondaggio ERT e la

sezioni elettro-tomografica invertita.

S2

S1

Tomografia elettrica 2D e suo verso

Figura 9 – Ubicazione sezione 2D

Tomografia Elettrica

ERT_1

Figura 10 – ERT. 1 Sezione elettro-tomografica

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