Questa sezione presenta una rassegna delle principali configurazioni elettrodiche utilizzate nella tomografia elettrica 3D (tridimensionale), con particolare riferimento alle geometrie innovative che si sono imposte nel corso degli ultimi anni.
Acquisizione di superficie con geometrie a L, U o anulari (loop di elettrodi)
Lo sviluppo degli strumenti interpretativi per le indagini di tomografia di resistività elettrica nel corso degli ultimi anni ha ampliato lo spettro di possibilità fornite in fase di acquisizione. Accanto alle consuete geometrie che utilizzano profili 2D, griglie 3D di elettrodi superficiali, sistemi di elettrodi in foro, innovative geometrie 3D trovano oggi applicazione in diversi contesti, quali l'ingegneria civile e geotecnica, le indagini a scopo ambientale, l'archeologia. Tra queste geometrie si devono menzionare in particolare le configurazioni superficiali che fanno uso di disposizioni elettrodiche a forma di L, U o anulari (loop di elettrodi).
Nelle figure 1 e 2 sono rappresentati alcuni esempi di inversioni di tomografie elettriche superficiali 3D per alcune delle geometrie sopra citate, impiegate per investigare le caratteristiche strutturali di un edificio. Lo stendimento elettrodico si sviluppa lungo i confini perimetrali dell'edificio e gli elettrodi hanno spaziature variabili.
Figura 1. Esempio di inversione 3D effettuata con il software ERTLab.
Misure acquisite sul perimetro di un edificio per l'identificazione di tipologia, continuità e profondità delle fondazioni.
I punti rossi rappresentano gli elettrodi.
Le ragioni che portano a scegliere queste configurazioni elettrodiche sono molte, ma la più comune è il superamento dei vincoli che il contesto urbano pone all'indagine. Molto spesso, infatti, è necessario investigare terreni e strutture al di sotto di edifici o manufatti che non sarebbero altrimenti raggiungibili se non utilizzando tecniche costose e invasive.
Figura 2. Altro esempio di indagine ERT 3D su struttura (immagine ERTLab Viewer).
Analizziamo alcune delle ragioni che rendono percorribile questo nuovo approccio all'indagine geoelettrica 3D. Nella figura 3 sono rappresentate le mappe ricavate dall'analisi di sensitività effettuata con il software ERTLab per un modello resistivo omogeneo, sottoposto a indagine con stendimento di elettrodi superficiali a forma di L.
Nella sezione a) è rappresentata la mappa di sensitivity per un piano orizzontale - profondità del piano campagna pari a 1,5 metri; nella sezione b) della figura è presente una sezione verticale che interessa gli elettrodi del quadripolo in esame (misura polo dipolo cross cable, cioè con trasmettitore su un ramo della L e dipolo di ricezione sull'altro ramo).
Le immagini mettono bene in evidenza come per un tale quadripolo ci sia un ottimo grado copertura e di risoluzione della misura, anche in quelle zone che non sono direttamente occupate da elettrodi.
Figura 3. Mappe di sensitività per una configurazione elettrodica superficiale a forma di L.
Per essere in grado di ottenere risultati soddisfacenti da questo genere di indagini è necessario fare riferimento ad un protocollo di design, acquisizione e inversione dei dati rigoroso e gestito al meglio in ogni singolo aspetto. Il software ERTLab consente di farlo in maniera completa, dalla generazione della sequenza, all'inversione, alla rappresentazione grafica dei risultati. Gli elementi critici per eseguire una buona indagine possono essere di seguito elencati:
La generazione della sequenza deve essere condotta con strumenti che consentano di creare set di quadripoli personalizzati in base alla specifica geometria di elettrodi presa in esame. Il tool ERTLab Sequencer consente di costruire agevolmente la geometria elettrodica voluta e rende poi disponibile strumenti evoluti per la generazione dei quadripoli per i più comuni array elettrodici. In particolare, accanto alle consuete misure common cable (ovvero con trasmettitore e ricevitore sullo stesso "ramo" dello stendimento) è necessario generare specifici quadripoli cross cable, per garantire che elettrodi su diversi rami "comunichino" tra loro. Tutti i rami dello stendimento elettrodico, inoltre, si devono comportare sia da trasmettitori che da ricevitori. Il set di quadripoli generato va poi filtrato sulla base del fattore geometrico K, per rimuovere quelle misure per le quali ci si attende un livello segnale/rumore insoddisfacente. Infine, non è da trascurare la possibilità di acquisire un numero congruo di quadripoli reciproci da sottoporre, in fase di pre-processing dei dati, a reciprocal check, per avere un'idea del livello di rumorosità del sito investigato.
La possibilità di utilizzare strumenti di survey design e di analisi di sensitività è un altro aspetto da tenere in considerazione come ausilio alla programmazione dell'indagine geofisica: si raccomanda dunque agli utilizzatori di ERTLab di farne uso prima di progettare una campagna di misura.
La procedura di inversione, infine, ha il compito di gestire in maniera flessibile ogni singolo elemento dell'elaborazione, con particolare riguardo agli aspetti di seguito illustrati.
La procedura di mesh generation deve permettere di costruire modelli che tengano conto dell'eventuale topografia e, a causa della possibile spaziatura irregolare degli elettrodi, di aggiungere nodi alla mesh dove necessario.Un altro aspetto importante è quello legato alla presenza di eventuali poli remoti: dato che il contesto urbano spesso riduce la possibilità di posizionarli ad una distanza opportunamente "infinita", l'algoritmo di inversione deve poter modellare l'esatta posizione di tali elettrodi.
L'algoritmo di modellazione diretta delle misure quadripolari (forward modeling) deve inoltre dare la possibilità di forzare condizioni al contorno opportune in corrispondenza di situazioni particolari: per esempio sono richieste condizioni al contorno di tipo Neumann per quelle frontiere dove un muro di contenimento interrompe la continuità del modello.
Il controllo sui principali parametri di inversione deve essere totale, in particolare per la definizione dei livelli di rumore ambientale e di errore sui dati.
Non è poi da trascurare la possibilità da parte dell'algoritmo di inversione di effettuare opportunamente il modeling degli effetti elettrici di anomalie presenti nell'area investigata (tubi, condotte, effetti pozzo, ...).
Per maggiori dettagli e approfondimenti circa l'esecuzione e interpretazione di misure di tomografia elettrica tridimensionale da superficie e per informazioni sul software di inversione 3D ERTLab contattateci all'indirizzo info@geoastier.it. |
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