Che cosa sono le indagini geoelettriche?
Le indagini geoelettriche rappresentano una moderna metodologia d’indagine geofisica non invasiva e si basano sulla rilevazione di resistività elettrica delle varie tipologie di terreni investigati.
Sono utili per localizzare i punti critici per sondaggi esplorativi, evitando di perforare in aree poco significative.
La prova viene effettuata posizionando sul terreno un gran numero di elettrodi connessi ad uno strumento chiamato Georesistivimetro, in grado di acquisire migliaia di misurazioni che, opportunamente processate mediante relativi software di elaborazione (Res2D INV, Res3D INV), permettono la ricostruzione del sottosuolo con un dettaglio inimmaginabile fino a poco tempo fa.
La strumentazione utilizzata (GEORESISTIVIMETRO MAE A6000E) consente di eseguire le misure di resistività elettrica, di caricabilità (o Potenziale indotto) e del Potenziale Spontaneo.
- Il metodo di misura per la resistività è quello di iniettare una corrente I continua, mediante geometrie (Array) ottimali a secondo delle condizioni geologiche, della profondità di investigazione e della sensitività. La sensitività è un indice di quanto un cambiamento di resistività di una porzione di sottosuolo influenzi le misure eseguite con un certo array.
- I test di caricabilità possono essere eseguiti contemporaneamente a quelli di resistività e rappresentano l’attitudine di un determinato materiale ad accumulare cariche elettriche (effetto capacitivo) durante l’immissione di corrente e a rilasciarle immediatamente dopo l’interruzione della corrente stessa.
- Le misure di potenziale spontaneo, eseguite con elettrodi non polarizzabili, consentono di valutare la capacità di un terreno di caricarsi elettricamente senza che venga fornita corrente elettrica.
Quali sono i metodi geoelettrici?
Sondaggi Elettrici Verticali (SEV)
Il metodo di prospezione geoelettrica SEV consiste nel determinare la resistività elettrica del terreno lungo una verticale (1D). Questa tecnica permette di eseguire le misure in profondità posizionando quattro elettrodi (A-B di corrente e N-M di potenziale), in una linea d’indagine superficiale, disposti secondo una configurazione prestabilita. Lo stesso array viene eseguito più volte a distanze progressive e crescenti tra loro ripetendo la misura di resistività elettrica.
L’intero stendimento viene allungato in funzione della profondità da investigare.
Metodi geoelettrici 2D e 3D (Tomografia Elettrica)
Queste prospezioni geoelettriche vengono eseguite effettuando numerose misurazioni di resistività e polarizzazione indotta, mediante quadripoli disposti lungo profili (2D) o aree di indagine (3D), utilizzando elettrodi di solito equi-spaziati lungo la linea di indagine, con configurazioni di acquisizione di tipo Dipolo-Dipolo, Wenner (Alfa, Beta, Gamma), Wenner-Schlumberger, Polo-Dipolo, Polo-Polo, Array misti e di tipo non convenzionali.
Configurazioni elettrodiche più comuni
Wenner Alfa: gli elettrodi di potenziale M-N sono al centro di quelli corrente, la spaziatura “a” tra M-N è uguale a quella fra le coppie A-M e N-B.
Wenner-Schlumberger: lo schema di acquisizione è lo stesso della Wenner, ma la distanza tra A-M e N-B risulta essere un multiplo n della distanza tra gli elettrodi di corrente A-B.
Dipolo-Dipolo: gli elettrodi di potenziale N-M sono al di fuori della linea ideale che congiunge gli elettrodi di corrente.
Il tipo di array viene scelto dall’operatore in base al target richiesto. Ognuno ha le sue caratteristiche di sensitività che permettono di mettere in rilievo il contrasto di resistività elettrica nel sottosuolo in maniera significativa diversa tra loro.
A cosa servono le indagini geoelettriche?
- Monitoraggio ambientale (es. discariche, dispersione inquinanti a lungo termine, inquinamento del suolo, ecc.)
- Idrogeologia (ricerca acqua, modellazione acquiferi, mappatura permeabilità, ecc.)
- Archeologia (individuazione di manufatti)
- Geotecnica (controllo edifici lesionati, superfici di scollamento in frane, ecc.)
- Rilevamento cavità antropiche e naturali
- Ricerca corpi sepolti, cisterne
- Individuazione del piano di posa delle fondazioni
- Caratterizzazione delle successioni alluvionali
- Monitoraggio ingressione acqua marina nelle falde
Monitoraggio ambientale
Con specifiche configurazioni imposte dall’operatore è possibile analizzare la caricabilità dei terreni alle varie profondità. Per caricabilità, o potenziale indotto, si intende il tempo che impiega un oggetto caricato elettricamente per tornare alla condizione di riposo o a potenziale zero. Conoscendo la caricabilità dei principali agenti inquinanti, è quindi possibile individuarne le tracce e circoscriverne la zona con un buon dettaglio.
Ripetendo ulteriori misure di potenziale indotto a intervalli di un determinato tempo è anche possibile restituire un modello time-lapse monitorando eventuali spostamenti degli agenti inquinanti nel substrato
Idrogeologia
Uno degli impieghi più noti delle indagini geoelettriche è forse in campo idrogeologico, giustificato dal fatto che in genere l’acqua è la principale responsabile dei cambi di resistività elettrica sotterranea. Si riesce perciò, con approfonditi studi, ad analizzare il grado di saturazione del sottosuolo, ad individuare acquiferi e stabilire il grado di permeabilità e porosità dei materiali, parametri necessari per la valutazione di produttività di un eventuale pozzo.
Archeologia
Usata largamente in ambito archeologico una tomografia geoelettrica permette di individuare geometrie riconducibili ad insediamenti antropici interrati. Possono essere rilevati antichi manufatti, fondazioni, grotte riconoscendone forma e dimensione.
Per questo genere di applicazione è preferibile talvolta eseguire delle indagini geoelettriche tridimensionali consentendo una fedele ricostruzione del modello del sottosuolo in 3D (vedi foto)
Geotecnica
Per lo stesso principio fisico già descritto, l’indagine geoelettrica può essere utilizzata per individuare il piano di posa delle fondazioni. In questo caso è necessario avere un buon dettaglio nel primo strato di terreno ponendo gli elettrodi della linea di indagini ad una distanza ridotta e usando specifiche configurazioni elettrodiche. E’ anche possibile l’impiego per individuare la superficie di scollamento di corpi in frana, essendo questi spesso causati dall’effetto della pressione dell’acqua, da discontinuità strutturali (faglie, giunti ecc.), litostratigrafiche o dall’interfaccia substrato roccioso-detrito di copertura.
Rilevamento cavità
Date le proprietà isolanti elettricamente di uno spazio vuoto è facile intuire che questo tipo di sondaggio permette di individuare e circoscrivere qualsiasi forma di cavità sotterranea, come grotte naturali, cavità da dissoluzione nei calcari, cisterne interrate e cantine.
Monitoraggio ingressione acqua marina nelle falde
Tra le indagini geofisiche e non invasive la tomografia elettrica è forse la più indicata per analizzare la degradazione dell’acqua idropotabile di acquiferi costieri dovuta ad un aumento dell’indice di salinità causato all’interazione tra acqua dolce e acqua salata. L’acqua in se non è un buon conduttore elettrico, sono i sali disciolti in essa che ne conferiscono le note caratteristiche. La grande diversità del contenuto di sali minerali tra acqua marina e acqua di falda ne fanno apprezzare una sostanziale differenza di resistività elettrica.
Successioni alluvionali
Il metodo si basa sul fatto che ogni variazione in profondità di conducibilità elettrica altera le linee del campo elettrico, cambiando la distribuzione dei potenziali elettrici in superficie. Visto che le resistività dei vari tipi di terreni si differenziano tra loro, questo metodo di indagine rileva la tipologia del materiale e le profondità delle superfici limite.
I depositi alluvionali sono spesso caratterizzati dall’alternanza di terreni a granulometria grossolana (ghiaie e sabbie) e fine (limi e argille), difficilmente rilevabile con altri indagini geofisiche. Queste variazioni litologiche unite ai diversi rapporti scheletro/matrice dei terreni sono associabili a variazioni o anomalie di resistività elettrica.