Metodo E.M – (V.L.F) Very Low Frequency

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dispersione nel terreno; collaudo di omogeneità delle argille in discarica in costruzione; individuazione di vuoti, macerie e/o materiali di riporto.

Nel presente lavoro di ricerca, il GEM300 è stato impiegato sperimentalmente in campo geopedologico. E’ fondamentale, infatti, per l’analisi, lo sviluppo e l’utilizzo di strategie di gestione come l’agricoltura di precisione, avere informazioni di elevata qualità sulle proprietà rilevanti del suolo e sulla loro distribuzione spaziale. Dette proprietà possono, attraverso rappresentazioni cartografiche di dettaglio, essere facilmente riprodotte. Nello stesso ambito, è stato utilizzato, antecedentemente ai campionamenti pedologici tradizionali, al fine di avere una prima definizione di unità pedologiche, così da poter effettuare una campagna di profili mirata, e per la predizione del dato in un punto non raggiungibile per difficoltà di tipo logistico in fase di test.

2.1.2 Metodo E.M. - (V.L.F.) Very Low Frequency

Principio di funzionamento della metodologia (V.L.F.)

I metodi elettromagnetici V.L.F. utilizzano stazioni emittenti militari che operano ad elevate potenze (500-1000 kW) e basse frequenze (10-25 kHz). Dette stazioni, posizionate in punti strategici intorno al pianeta, venivano impiegate per trasmissioni con sottomarini in quanto possono essere captate a decine di metri sotto la superficie del mare. Le stazioni emettono continuamente segnali non modulati, oppure onde, con sovrimpostati dei codici morse. Tali segnali possono essere usati per indagini elettromagnetiche, anche a grande distanza dalle stazioni trasmittenti. A grande distanza dalla sorgente il campo elettromagnetico può essere considerato

planare ed orizzontale. La componente elettrica E si trova nel piano verticale e la componente magnetica H si trova ad angolo retto rispetto alla direzione di propagazione (figura 31).

Le prospezioni V.L.F., essendo delle prospezioni E.M.I., hanno lo stesso principio di funzionamento descritto nei precedenti paragrafi. Tuttavia, sussistono alcune differenze rispetto ai metodi E.M.I. precedentemente descritti.

Il metodo V.L.F. :

• Utilizza strumenti che non generano un campo elettromagnetico primario, ma che sfruttano, come già detto, i segnali provenienti da stazioni militari;

• Utilizza campi elettromagnetici emessi a migliaia di km di distanza e di conseguenza può essere impiegato per rilevare aree di studio con profondità di indagine molto elevata;

• Opera in un range di frequenza più basso (10-25 kHz) rispetto a quello utilizzato per le prospezioni E.M.I.

Antenna VLF emittente

E vettore elettrico

Direzione di propagazione del campo elettromagnetico H vettore magnetico

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Strumentazione tecnica impiegata

• L’ EM16 (Geonics Limited)

Il rilievo dei campi elettromagnetici, nelle prospezione V.L.F., può essere effettuato con lo strumento EM16 prodotto dalla Geonics Limited con sede in Toronto (Canada) (figura 32). Tale strumento fa parte delle dotazioni del Di.Gi.TA, (Dipartimento di Geoingegneria e Tecnologie Ambientali dell’Università di Cagliari).

Esso è composto da :

• Consolle elettronica

• Clisimetro

• Manopola controllo della quadratura

• Bobina di segnale

• Bobina di riferimento

• Cinghia di trasporto

I parametri rilevati dallo strumento sono la componente in fase e la componente in quadratura. La componente in fase è proporzionale all’intensità del c.m.s. ed è funzione della presenza di corpi metallici o materiali o rocce dove vengono a crearsi alte concentrazioni di ioni metallici. La componente in quadratura è proporzionale allo sfasamento tra l’onda elettromagnetica emessa e quella ricevuta, ed è anche un indice di conducibilità del volume di suolo indagato. Essa è proporzionale allo schiacciamento dell’elisse di polarizzazione e quindi al rapporto tra semiasse maggiore e semiasse minore. La combinazione tra il campo magnetico primario orizzontale e il campo magnetico secondario, avendo stessa frequenza ma diversa direzione, ampiezza e fase, produce un campo magnetico orizzontale che differisce dalle sue componenti per fase e ampiezza. Un campo secondario, verticale e in fase con il campo primario, produce un campo risultante con la stessa fase ma con un angolo di “tilt”. Un campo secondario, verticale e in quadratura con il campo primario, risulta polarizzato ellitticamente (Paterson e Ronka, 1971; Phillips e Richards, 1975) (figura 33).

Direzione del campo Elettrico

Direzione del campo Magnetico Hs Hp R Componente In quadratura Componente in fase θ Φ LEGENDA Hs = c.m.s. Hp = c.m.p. Φ = angolo di fase θ = angolo di tilt R = risultante θ θ EM16 a b Ellisse di polarizzazione a = semiasse maggiore b = semiasse minore

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Figura 33 – Ellisse di polarizzazione.

Lo strumento impiega una bobina da ricerca composta da centinaia di spire di cavo di rame avvolte in una struttura circolare o rettangolare. Tale bobina è connessa ad un amplificatore di segnale e a dei trasduttori auricolari o speakers. L’ampiezza delle tensioni alternate indotte nella bobina da un campo elettromagnetico è proporzionale alla componente del campo perpendicolare al piano della bobina. Conseguentemente, l’intensità del suono negli altoparlanti è al massimo quando il piano su cui poggia la bobina è ad angolo retto con la direzione di propagazione del campo. In funzione della sensibilità dell’orecchio umano, che percepisce meglio i suoni bassi rispetto a quelli alti, si sintonizza la bobina, e quindi lo strumento, fino ad una posizione nulla, dove si percepisce il suono minimo. In questa posizione il piano della bobina è nella stessa direzione della propagazione del campo elettromagnetico primario (figura 34). Ruotando lo strumento di 90° in senso orario, la direzione di propagazione del campo elettromagnetico primario diventa ortogonale al piano su cui poggia la bobina. Successivamente, si posiziona l’EM16 ponendo la bobina di riferimento lungo il campo magnetico Hp e si effettua un movimento oscillatorio con lo strumento fino a quando si incontra il minimo sonoro e, contemporaneamente, si legge nel clisimetro il valore della componente in fase (figura 35). Poi, senza cambiare posizione, si agisce su un sintonizzatore fino a trovare un altro minimo sonoro al quale corrisponde il valore della componente in quadratura (Geonics Limited., 1980).

Figura 34 e 35 – Acquisizione dei dati mediante EM16 Geonics Limited.

Campi di applicazione

In generale, lo strumento EM16 ha numerosi campi di applicazione. Tra i principali settori della ricerca applicata in cui l’EM16 può essere impiegato con successo, possiamo ricordare:

• Il settore dell’ingegneria civile e industriale, con il fine dell’individuazione di sottoservizi e elementi in sottofondazione;

• Il settore dell’ingegneria ambientale, con il fine dell’individuazione e delimitazione di aree di discarica sepolte; individuazione dei plume di dispersione nel terreno; collaudo di omogeneità delle argille in discarica in costruzione; individuazione di vuoti, macerie e/o materiali di riporto.

• Il settore delle prospezioni minerarie.

• Il settore idrogeologico.

Nel presente lavoro di ricerca, l’EM16 è stato impiegato sperimentalmente in campo geopedologico. E’ fondamentale, infatti, per l’analisi, lo sviluppo e l’utilizzo di strategie di gestione come l’agricoltura di precisione, avere informazioni di elevata qualità sulle proprietà rilevanti del suolo e sulla loro distribuzione spaziale. Dette proprietà possono, attraverso rappresentazioni cartografiche di dettaglio, essere facilmente riprodotte. Nello stesso ambito, è stato utilizzato, antecedentemente ai campionamenti pedologici tradizionali, al fine di avere una prima definizione di unità pedologiche, così da poter effettuare una campagna di profili mirata, e per la predizione del dato in un punto non raggiungibile per difficoltà di tipo logistico in fase di test.

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