SISTEMI RADAR NON INVASIVI PER LA DIAGNOSTICA DI STRUTTURE IN MURATURA: IL CASO DELLE MURA DEL MUSEO DIOCESANO DI ANCONA

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1 SISTEMI RADAR NON INVASIVI PER LA DIAGNOSTICA DI STRUTTURE IN MURATURA: IL CASO DELLE MURA DEL MUSEO DIOCESANO DI ANCONA Antonio del Conte, Enrico Esposito 1 Artemis s.r.l. SOMMARIO Il georadar è uno strumento versatile che consente di ottenere con sufficiente precisione un profilo continuo del mezzo investigato, dal quale è possibile ricavare numerose informazioni. L utilizzo di questa tecnologia consente di rilevare e localizzare, in modo non invasivo e non distruttivo, la presenza nel mezzo investigato di strutture sepolte, stratificazioni, cavità, o comunque di qualsiasi discontinuità presente che sia correlata con una differenza abbastanza significativa di proprietà dielettriche. Il georadar risulta essere un valido strumento per l indagine non distruttiva di strutture murarie pensando a interventi non di tipo puntuali o limitati, ma finalizzati a caratterizzare elementi murari in vasta scala. Validi esempi di impiego di tale tecnologia riguardano la caratterizzazione morfologica delle murature delle opere di sostegno, quali quelle del Museo Diocesano nel complesso monumentale di San Ciriaco, e di muri di contenimento stradale ad Ancona. In ambedue i casi Artemis s.r.l., incaricata dal Servizio Infrastrutture Viarie e Traffico del Comune di Ancona, ha condotto una campagna di indagini diagnostiche finalizzata come supporto agli interventi di ripristino e progettuali. Da questi esempi è possibile dimostrare che l indagine GPR fornisce elementi oggettivi utili ad accrescere il livello di conoscenza del manufatto. 1 c/o DACS - Università Politecnica delle Marche, via Brecce Bianche Ancona (I) Tel.: Fax: info@artemis-srl.it, delconte@idau.unian.it, e.esposito@mm.univpm.it INTRODUZIONE L ambito maggiormente consolidato per l applicazione di tecniche di diagnostica non invasiva è indubbiamente quello dei beni architettonici di rilevanza artistica, laddove l analisi dei materiali, delle tecniche costruttive e dello stato di conservazione è materia molto complessa; per questo motivo i tecnici coinvolti a vario titolo in attività di analisi, restauro e gestione, sono generalmente consapevoli dell importanza del supporto fornito al loro lavoro da tecniche di indagine che in vario modo possono contribuire ad accrescere il grado di conoscenza oggettiva dello stato di consistenza e di conservazione dei manufatti architettonici. In particolare quando si parla di muratura storica e di interventi su elementi strutturali massivi, il ventaglio di prove di tipo non invasivo si assottiglia di molto, dovuto alla semplice motivazione che la muratura è un materiale molto disomogeneo. Elementi determinanti che accrescono il livello di conoscenza di un elemento murario sono soprattutto la ricerca di quadri fessurativi di grossa entità, la presenza di vuoti e cavità nascoste, le

2 diverse tipologie costitutive della struttura muraria, la geometria della sezione muraria e la tipologia dell ammorsamento dei setti murari. Una tecnica di indagine non invasiva che ci permette di valutare alcune delle problematiche e dei quadri patologici cui è affetta una muratura è il radar penetrante. Il georadar è un valido strumento in grado di valutare la presenza di vuoti ed irregolarità strutturali, la presenza di umidità e in alcuni casi la stratigrafia degli elementi murari [1]. L indagine radar è inoltre una di quelle tecniche contemplata e prevista dalle recenti normative in materia di sismica, che può però essere utilizzata solo in combinazione con le prove distruttive (quali la prova con doppio martinetto piatto, le prove di compressione diagonale su pannelli e le prove combinate di compressione verticale e taglio). L interpretazione dei dati radar acquisiti dallo strumento è basato sulla valutazione delle anomalie del segnale radar registrato che risulta spesso di non immediata e chiara lettura. La problematica che ne scaturisce è quella della non agevole lettura dei report di indagine da parte dei progettisti, dunque l interpretazione globale è affidata a personale esperto che dovrà fornire ai tecnici fruitori dell indagine un dettagliata ed univoca chiave di lettura dei dati acquisiti. Alcune problematiche legate all esecuzione delle indagini, invece, sono dovute alla movimentazione dell antenna radar. Il georadar è uno strumento che prevede il contatto della sonda, l antenna radar, con il corpo investigato. Questo a volte determina problematiche nella realizzazione delle prove in situ dovute alla morfologia dell oggetto in esame. Nel presente lavoro si riportano due casi di studi di applicazioni reali a strutture site nel Comune di Ancona: il primo è quello delle opere di sostegno del Museo Diocesano nel complesso monumentale di San Ciriaco ed il secondo quello di un muro di contenimento stradale (Figura 1). Figura 1 - Casi di studio nel Comune di Ancona. I presenti lavori di indagine diagnostica sono stati affidati ad Artemis s.r.l. dal Servizio Infrastrutture Viarie e Traffico del Comune di Ancona con lo scopo di caratterizzare morfologicamente le due strutture murarie per fornire dati di supporto alla progettazione dell intervento di messa in sicurezza e di ripristino. In particolare nel caso delle mura dell area di San Ciriaco l intervento è succeduto al crollo avvenuto il 6 dicembre 2004 al fine di valutare l integrità di alcuni tratti murari e identificare quali erano quelli in sicurezza. Le acquisizioni sono state condotte utilizzando la strumentazione radar SIR-3000 della GSSI impiegando antenne di media (400 MHz) ed alta frequenza (1500 MHz). INDAGINI GEORADAR L indagine georadar è condotta effettuando delle prospezioni radar sul mezzo da investigare. Le prospezioni sono effettuate facendo strisciare l antenna radar sulla superficie dell oggetto. Questa, durante la movimentazione, emette e riceve impulsi radar riflessi dalle disomogeneità dovute a variazioni delle caratteristiche dielettriche del mezzo esplorato. Al fine di ottenere dei dati validi lo strumento va calibrato sull oggetto in esame assumendo come riferimento un campione dell oggetto su cui è possibile interpretare in modo univoco l anomalia del segnale registrato.

3 Una problematica operativa dell indagine è dovuta alla movimentazione dell antenna. Nelle indagini GPR di tipo convenzionale l antenna radar è traslata su superfici pseudo orizzontali, manualmente o mediante l impiego di appositi sistemi di movimentazione. Nel caso dell intervento sulle murature, cambia il piano di riferimento che diventa di tipo verticale: la superficie del paramento murario. In questo caso l antenna dovrà percorre la superficie lungo prospezioni verticali. Considerando le notevoli dimensioni in altezza di una qualunque struttura di muro di sostegno ed escludendo l impiego di sistemi di ponteggio, l antenna deve essere movimentata dalla sommità o dal basamento del muro mediante sistemi opportunamente progettati per il caso. Questo è quello che si è messo in atto nei presenti lavori: si è realizzato uno speciale sistema di movimentazione verticale dell antenna che potesse comandare il movimento dell antenna da una postazione sicura per l operatore. In più il sistema deve garantire la ripetibilità della prospezione ed essere collegato ad un sistema di misura della distanza percorsa. Il sistema in esame è riportato in (Figura 2). Figura 2 Sistema di sollevamento dell antenna per l esecuzione di prospezioni verticali. Le indagini sui muri in esame sono stati finalizzati alla ricerca e valutazione di quelle anomalie del segnale radar attribuibili alla presenza di lesioni, di sfaldamenti dei materiali costituenti il muro, di vuoti e macrocavità, di spessori delle sezioni murarie. Per lo studio generale della muratura si è utilizzata una antenna da 400 MHz che offre un buon compromesso tra approfondimento e risoluzione, mentre per lo studio di strati più superficiali del paramento murario si è utilizzata una antenna da 1500 MHz dotata di una maggiore risoluzione. CENNI DEL SISTEMA RADAR PENETRANTE Il georadar o G.P.R. (Ground Penetrating Radar), è uno strumento versatile che consente, tramite delle prospezioni, di ottenere con soddisfacente precisione un profilo continuo del mezzo investigato, dal quale è possibile ricavare numerose informazioni già direttamente in sito, oltre che in seguito ad una successiva fase di rielaborazione e comparazione dei dati acquisiti. L impiego di questa strumentazione consente di rilevare e localizzare, in modo non invasivo e non distruttivo, la presenza nell oggetto investigato di strutture sepolte, stratificazioni, cavità, o comunque di qualsiasi discontinuità presente che sia correlata con una differenza abbastanza significativa di proprietà dielettriche. Il suo impiego, dapprima per lo studio di terreni, e, più recentemente, per la diagnostica di strutture, sfrutta per la localizzazione di anomalie, il fenomeno della riflessione di onde elettromagnetiche da parte di mezzi dielettrici differenti. Le principali applicazioni della tecnica radar sono relative alla ricerca di sottoservizi e di strutture di interesse archeologico, allo studio stratigrafico di terreni ed elementi edilizi, alla localizzazione di barre metalliche nelle strutture in calcestruzzo armato.

4 Il sistema si compone di un antenna per la trasmissione e la ricezione del segnale che viene fatta scorrere sul mezzo da indagare (Figura 3) e di una unità di controllo che, oltre a generare gli impulsi necessari al funzionamento delle antenne, memorizza e visualizza i dati raccolti [2]. Unità di controllo Cavo Antenna Segnale trasmesso Segnale riflesso Target Figura 3 Schematizzazione di un sistema georadar. La fase di acquisizione può quindi sinteticamente essere descritta come segue: l unità di controllo genera un impulso trigger che viene trasmesso tramite il cavo all elettronica trasmittente dell antenna, nel trasduttore ogni impulso trigger viene trasformato in un impulso bipolare e aumentato in ampiezza, l impulso viene quindi trasferito in sottosuperficie attraverso l antenna. Le caratteristiche dell antenna determinano la frequenza dell energia propagata, e con essa la precisione della prospezione e la profondità massima indagabile (variabile anche in funzione delle proprietà dielettriche del mezzo). In corrispondenza di contrasti di proprietà dielettriche, nel mezzo in esame avvengono una serie di riflessioni delle onde elettromagnetiche inviate, che vengono intercettate come segnale di ritorno dal ricevitore dell antenna; il segnale viene quindi inviato all unità di controllo, dove viene processato e visualizzato. Ogni riflessione registrata ha la forma di un oscillogramma e l intensità della riflessione è determinata dall ampiezza dell oscillogramma (Figura 4) [4]. Figura 4 Oscillogramma relativo ad una riflessione registrata. Il risultato di una prospezione georadar è una sezione del campione indagato, nella quale viene individuato sull asse orizzontale il percorso effettuato dall antenna sulla superficie del mezzo, e sull asse verticale il percorso coperto dal segnale trasmesso (Figura 5a). Per una corretta interpretazione dei dati visualizzati si deve tener conto che l acquisizione del segnale di ritorno avviene in unità temporali (nanosecondi), e il tempo misurato è quello impiegato dall onda per coprire due volte la distanza alla quale si trova il bersaglio, si tratta quindi di un tempo doppio, di andata e ritorno del segnale. Per maggiore chiarezza nella visualizzazione, il radargramma può

5 essere impostato in unità metriche lungo l asse verticale, attraverso la stima della costante dielettrica del mezzo. Anche il percorso dell antenna viene visualizzato ordinariamente in unità temporali, e può essere convertito in unità metriche direttamente in fase di acquisizione, attraverso l impiego di apposite apparecchiature che misurano la velocità di movimento dell operatore, oppure successivamente, in fase di rielaborazione dei dati. movimento antenna tempo doppio a) iperbole d) b) Visualizzazione degli oscillogrammi relativi a tutti gli scan della prospezione. c) Sovrapposizione radargramma e oscillogrammi. Particolare dell oscillogramma relativo allo scan A. Figura 5 Radargramma visualizzato dall unità di acquisizione. L immagine radar costituisce quindi un file in cui ad ogni punto corrisponde l intensità del segnale riflesso, e ad ogni linea verticale corrisponde l oscillogramma acquisito (Figura 5b e 5c); i dati possono essere visualizzati in scala di grigi o attraverso alcune scale di colori precodificate dal produttore. Una caratteristica molto importante di questa immagine è che, nell interpretazione dei radargrammi, va tenuto presente che i bersagli individuati non vengono descritti con la loro forma reale, ma secondo forme iperboliche (Figura 5a e 5d), ciò a causa delle modalità operative con cui l acquisizione si svolge. Infatti, l antenna irradia nel mezzo un fascio di onde elettromagnetiche che si diffondono secondo una superficie conica che si allarga in profondità, per cui il medesimo oggetto viene intercettato non solo al momento del passaggio dell antenna sulla sua verticale, ma anche in istanti precedenti e seguenti: mentre l operatore si avvicina, l oggetto viene percepito ad una distanza via via minore rispetto all antenna, una distanza che cresce mentre l operatore si allontana. Da questo fenomeno fisico deriva la visualizzazione di iperboli, caratterizzate da vertici più o meno acuti in funzione della forma e della disposizione degli oggetti nel mezzo [4]. Nell esecuzione delle prospezioni, l operatore ha la possibilità di scegliere tra diversi tipi di antenne disponibili (di frequenza centrale variabile tra i 200 MHz ed i MHz), tenendo conto che ad una frequenza minore corrisponde una maggiore profondità di lavoro ma anche una minore precisione dei rilievi. In generale, un antenna da MHz viene impiegata per indagare spessori di circa 50 cm e consente di localizzare bersagli con una precisione dell ordine del centimetro, mentre, ad esempio, un antenna da 400 MHz è in grado di operare fino a profondità di circa quattro metri, con una precisione dell ordine di cinque centimetri. Le caratteristiche e le potenzialità delle antenne variano inoltre in funzione del mezzo indagato, perché, ad esempio, se il materiale è molto conduttivo, una grande parte del segnale si disperde e la capacità di penetrazione è notevolmente ridotta.

6 In funzione delle dimensioni e della prevedibile localizzazione del bersaglio da individuare, è bene inoltre organizzare una griglia sulla quale eseguire le prospezioni, possibilmente sviluppata secondo due direzioni ortogonali e caratterizzata da una maglia costante, di ampiezza sufficiente per poter cogliere la tessitura delle anomalie eventualmente presenti con una precisione accettabile. Organizzando opportunamente la raccolta delle acquisizioni lungo due direzioni ortogonali è possibile anche predisporre un modello tridimensionale del sottosuolo, attraverso l utilizzo di specifici applicativi per la rielaborazione. In fase di post-processamento l utente può avvalersi di una vasta gamma di opzioni e funzioni supportate dai programmi dedicati, che consentono una lettura più agile dei dati acquisiti. CASI DI STUDIO Come precedentemente indicato, i casi di studio e di intervento diagnostico riportati nel presente lavoro riguardano le murature delle opere di sostegno del Museo Diocesano nel complesso monumentale di San Ciriaco, a seguito del crollo avvenuto il 6 dicembre 2004, e quello di un muro in mattoni di contenimento stradale ad Ancona. I casi in esame sono caratterizzati da due tipologie murarie nettamente diverse tra loro. Nel primo caso si è di fronte ad una muratura storica costituita prevalentemente in muro a sacco con paramento murario esterno realizzato con diversi tipi di mattoni e in alcuni tratti anche con misto mattoni-pietra, come si può notare dalle foto di Figura 6. Nel secondo caso, invece, la muratura costituente il muro di sostegno è realizzata con mattoni di tipo industriale e malta cementizia con tipologia muraria tipica degli anni 60. Tali differenze strutturali e di materiali costituenti si riflettono in un evidente comportamento differente anche per l indagine radar. Lo studio geometrico e dei materiali superficiali è un valido supporto per tutta la campagna di prova ed utile per la successiva interpretazione dei dati acquisiti. a) b) c) Figura 6 Tipologie murarie rilevate: a) muratura con mattoni pieni; b) muratura di mattoni pieni con inserimento irregolare di blocchi lapidei; c) muratura a ricorsi regolari di mattoni pieni, pietra e tufo. Nel caso del Duomo di San Ciriaco la muratura antica costituita da materiali differenti in superficie e in profondità (diversi tipi di mattoni, diverse malte impiegate, presenza di pietra e riempimento a sacco) richiede delle valutazioni molto attente per i parametri da impostare sullo strumento. In particolare si è di fronte a valori di costante dielettrica molto variabili e problematiche elevate di attenuazione del segnale. Questo comporta impostazioni su misura da valutare in sito per ogni tipologia muraria investigata. Nei casi più difficili e complicati occorre eseguire le prospezioni con molta accuratezza e confrontare tra loro molte misure.

7 Nel caso del muro stradale, essendo una muratura recente, è molto più agevole la fase operativa di settaggio ed esecuzione delle prospezioni ed i dati acquisiti sono di più semplice interpretazione. Per quanto riguarda il caso del duomo di San Ciriaco l indagine GPR non ha interessato solo il muro di contenimento, ma anche le strutture e sovrastrutture adiacenti quali il piazzale e il giardino, la muratura costituente strutture edilizie e infine parte del chiostro del Museo Diocesano. RISULTATI E COMMENTI ALLE MISURE Opere di sostegno del Museo Diocesano nel complesso monumentale di San Ciriaco Le opere di sostegno in esame hanno la funzione di contenimento di tutta la parte del complesso Duomo-Museo Diocesano che affaccia verso nord-ovest, parallelamente all asse principale del Duomo. Si tratta di un complesso di opere murarie costruite e integrate nel corso dei secoli, che presentano, come già anticipato, caratteristiche costruttive differenti sia per materiali che per tipologia. La tipologia costruttiva prevalente del muro è di tipo a sacco, anche se si ipotizzano tratti realizzati interamente in muratura di mattoni pieni. In molte zone le sezioni murarie sono integrate da elementi rocciosi costituenti il colle su cui si erge il complesso monumentale. La superficie di queste mura, ad eccezione di alcuni campioni, si presenta molto sconnessa e varie aree sono ricoperte da vegetazione. L area di indagine e i relativi campioni sono riportati in Figura 7 ed 8. Area del crollo G M C P Campioni di indagine Figura 7 Campioni di prova: muro in mattoni (M), chiostro (C), terreno piazzale (G), terreno giardino (G). Come anticipato su queste strutture murarie si sono eseguite prospezioni impiegando un antenna da 400 MHz ed una da 1500 MHz. La maggior parte delle prospezioni è stato di tipo verticale, nelle zone dove era possibile l accesso dell operato al basamento del muro si sono condotte anche alcune prospezioni orizzontali. Le prospezioni riportate in questo paragrafo sono solo quelle relative all antenna da 400 MHz.

8 ingresso Episcopio piazzale giardino fabbricato M-A M-C M-B M-D M-E crollo Figura 8 Aree indagate con prospezioni georadar (reattangoli in rosso) [campioni M-A, M-B, M-C, M-D] Per determinare la costante dielettrica dei mattoni, è stato impiegato il parapetto del muro di contenimento, che, essendo accessibile da ambo i lati, ha consentito una semplice misura diretta della distanza percorsa dalle onde elettromagnetiche; si è così pervenuti ad un valore medio pari a 12, anche se bisogna tener conto che questa calibrazione ha riguardato mattoni interessati in modo uniforme da una certa percentuale di umidità, percentuale che sicuramente aumenterà negli strati più profondi del muro, per cui la stima della profondità non sarà corretta e si avrà normalmente una sottostima della stessa [6]. L intento è comunque quello di determinare la presenza di anomalie nella muratura in modo qualitativo rispetto all approfondimento. In particolare, per spessori nell intorno dei 50 cm la stima ottenuta è corretta, per spessori maggiori potrebbe essere affetta da errori crescenti proporzionalmente al contenuto di umidità [5]. Nella Figura 9 è riportato il radargramma di riferimento per la determinazione della costante dielettrica media. In questo si evidenzia la riflessione che individua lo spessore del muro. La linea tratteggiata che separa i settori A e B riportati sul radargramma, individua lo spessore del parapetto e separa le riflessioni dovute all interfaccia mattone-aria e gli echi che si propagano nell aria retrostante al piano di scorrimento dell antenna. A Spessore parapetto cm 43 B Figura 9 Calibrazione dell antenna da 400 MHz sul parapetto del muro. Dalle prospezioni eseguite nei tratti del muro situati ai lati dell area del crollo, l indagine GPR ha permesso di valutare quali zone erano affette da quadri patologici che potessero compromettere lo stato di conservazione dello stesso. In particolare, come riportato in Figura 10, le forti riflessioni rilevate dal radargramma relativo alla prospezione 01, analizzando l ampiezza e la polarità del segnale [3], sono dovute alla presenza di vuoti la cui forma geometrica segue una determinata linea di scorrimento delle interfacce murarie, posta mediamente tra i 50 e 70 cm di profondità (settore del radargramma 01 di Figura 10 individuata dalle frecce).

9 01 A Figura 10 Radargrammi relativi alle prospezioni sulle sezioni murarie prossime all area del crollo (Campioni M-B ed M-C). Tale anomalia del segnale evidenzia una vasta area interessata da distacchi e sfaldamento della malta e degli elementi della muratura, un area completamente decoesionata e fessurata. Nella prospezione eseguita dalla parte opposta del crollo, invece, il muro risulta compatto ed omogeneo. Le riflessioni cerchiate nel radargramma 02 di Figura 10, sono dovute alla probabile presenza di differenti materiali nella sezione muraria, stratigrafie di elementi lapidei e malte diverse. Le ampiezze del segnale relative a queste riflessioni sono di modesta entità e la differenza dielettrica che le ha generate è dunque attribuibile a materiali costituenti il muro e non alla presenza di cavità o macrolesioni. Eseguendo una serie di prospezioni parallele su di un elemento strutturale è possibile ricostruire, dalle anomalie tra loro relazionate, la geometria di quadri fessurativi che si sviluppano all interno della sezione muraria, come riportato nell esempio esplicativo dell indagine condotta su di uno sperone. In Figura 11 è riportato uno dei radargrammi relativi alle prospezioni eseguite sul fronte dello sperone. 03 O-scope 1 O-scope 2 O-scope 2 O-scope 1 Figura 11 Radargramma relativo alla prospezione sullo sperone (Campione M-E) e oscillogrammi significati. In questo radargramma si sono individuate due serie di riflessioni principali (aree cerchiate nel radargramma 03 di Figura 11) attribuibili alla presenza di aria all interno della muratura, ovvero alla presenza di macrolesioni interne alla sezione. Lo sviluppo e l andamento delle riflessioni, e quindi delle aree interessate dalla lesioni e dagli sfaldamenti, si propaga in profondità lungo due

10 piani individuati dalle line evidenziate sempre sul radargramma 03 di Figura 11. Sono riportati anche due oscillogrammi relativi il primo ad una zona della muratura più compatta ed il secondo dovuto alle riflessione generate in corrispondenza della lesione. Si nota come la forma del segnale è completamente differente e contraddistingue la presenza di dielettrici, quali appunto l aria, di natura completamente diversa da quella della muratura. In questo caso il contrasto dielettrico è molto elevato e le riflessioni sono ampie ed intense [4]. In Figura 12 è riportato lo sperone indagato e la schematizzazione del quadro fessurativo rilevato all interno della sezione muraria. 03 Figura 12 Sperone indagato e schematizzazione quadro fessurativo (Campione M-E). Lo studio dello stato di conservazione delle opere murarie di contenimento non può prescindere dall indagine delle sovrastrutture disposte su questo e delle aree di terreno da esse contenute. Si sono quindi eseguite anche una serie di prospezioni in tutte le aree del piazzale e del giardino del Museo Diocesano. A titolo esemplificativo si riporta una prospezione del giardino (Figura 13) in cui, dalla stratigrafia qualitativa della sezione di terreno indagata, si evidenzia che il terreno è composto da due zone principali (settori B e C riportati sul radargramma 04 di Figura 13) caratterizzati da un differente comportamento dielettrico. Notiamo inoltre la presenza di una zona cuneiforme (A) che, agendo sulla zona C, genera un piano di frattura del terreno, individuato dalla linea D. Altre prospezioni parallele riportano le stesse caratteristiche e la stessa tipologia di riflessioni, da cui è possibile ipotizzare una sconnessione del terreno del giardino. A D B C 04 Figura 13 Radargramma relativo ad una prospezione eseguita nel giardino del Museo Diocesano (Campione G). Un altro campione di indagine in cui il GPR ha rilevato la presenza di strutture murarie sepolte è stato quello del chiostro del Museo Diocesano: le prospezioni eseguite a maglia sulla pavimentazione del chiostro (Figura 15) hanno infatti permesso di ricostruire la geometria della cisterna e la presenza di un cunicolo. Dai radargrammi di Figura 14 è possibile evidenziare una serie di riflessioni che identificano il volume della volta a cupola della cisterna, realizzata in muratura (linee punteggiate riportate sui radargrammi di Figura 14 e individuati dai settori A e B). Sempre su questi radargrammi sono indicate, dalla freccia e dalla lettera C, alcune riflessioni generate dalla presenza di un cunicolo interrato, di cui si conosceva l esistenza ma non la collocazione.

11 6 5 Figura 14 Chiostro del Museo Diocesano (Campione C) D B A C D 05 B E A C D 06 Figura 15 Radargrammi relativi alle prospezioni eseguite nel chiostro. Muro di contenimento stradale via Veneto, Ancona Il secondo oggetto di intervento è un muro di contenimento stradale degli anni 60 realizzato in muratura di mattoni e malta cementizia ubicato in via Veneto ad Ancona (Figura 16). Il paramento murario risulta omogeneo nei materiali e ben conservato. S B M C Figura 16 Ubicazione muro di sostegno e campioni di prova: muro in mattoni (M), basamento in cls (B), cortile (C), strada a monte (S).

12 Dal test di calibrazione dell antenna radar, effettuato su un tratto di muro di cui si è potuto determinare lo spessore geometrico, si è determinata la costante dielettrica pari a 16, valore superiore alla norma per l elevata umidità diffusa nel muro, e si è optato per l utilizzazione di un range di tempi di acquisizione pari a 45 ns per l antenna da 400 MHz e a 12 ns per quella da 1500 MHz. La finalità principale di questo intervento era la determinazione della sezione del muro, richiesta esplicita dai tecnici progettisti. Da una serie di prospezioni verticali distanziate di circa 1 metro si è ricostruito il profilo del paramento del muro contro terra come mostrato dai radargrammi di Figura 17. La determinazione dell interfaccia muraria è valutata dalla riflessione continua presente dopo una sezione in cui le riflessioni sono assenti e corrispondenti ad uno strato omogeneo (settori del radargramma di Figura 17 indicati con A). L interpretazione delle riflessioni radar in questo caso è correlata con la conoscenza tipologica delle tecniche costruttive dei muri di sostegno dello stesso periodo di costruzione di quello in esame. Questo è un valido supporto sia per la determinazione del profilo interno del muro, ma anche per la determinazione degli spessori corretti del muro, essendo i valori di profondità rilevabili dalla lettura dei radargrammi influenzati negativamente dalla probabile presenza di un maggiore tenore di umidità nelle sezioni murarie più profonde rispetto al piano di scorrimento dell antenna. Nella parte retrostante il muro (settori indicati con B e D nei radargrammi di Figura 17), si evidenziano alcune riflessioni dovute alla presenza di materiale di riempimento, probabilmente di natura lapidea, che costituisce il sistema di drenaggio del muro. Le riflessioni più intense del settore D sono dovute alla presenza di elementi lapidei di grossa pezzatura non connessi tra di loro, che determinano quindi un settore ricco di zone vuote. Nel settore B tale riflessioni non sono così evidenti, e questo è interpretabile con la presenza di materiale lapideo di riempimento occluso da terreno, ovvero un sistema di drenaggio intasato e non più efficiente. A B aria C A D Figura 17 Due radargrammi relativi a prospezioni verticali e ricostruzione della sezione muraria. Sul muro si sono condotte anche prospezioni orizzontali. Quelle riportate in Figura 18, realizzate utilizzando l antenna da 1500 MHz dotata di una maggiore risoluzione, riportano delle riflessioni generate dall interfaccia malta-mattone (aree riquadrate a e b nel radargramma di Figura 18) da cui è stato possibile ricostruire la disposizione degli ammorsamenti dei mattoni e la presenza di vuoti (mancanza di mattoni) per realizzare i dreni orizzontali per la fuoriuscita dell acqua meteorica.

13 a b Figura 18 Due radargrammi relativi a prospezioni orizzontali eseguiti con antenna da 1500 MHz e ricostruzione dell ammorsamento dei mattoni. CONCLUSIONI I due esempi riportati nel presente lavoro hanno ben evidenziato le potenzialità dell impiego del georadar nel caso dell indagine non distruttiva di murature. In generale l uso delle tecniche NDT porta ad ottenere dei risultati validi se queste sono integrate da una buona conoscenza storica e visiva del manufatto, oltre che da finalità progettuali ben chiare. In particolare l interpretazione dei dati GPR è in alcuni casi di tipo oggettivo ed univoco, ad esempio per la presenza di una barra metallica o di una cavità, ma il più delle volte l interpretazione delle riflessioni è inscindibile dalla conoscenza base dell oggetto, dalle sue caratteristiche fondamentali, dai tipi di materiali indagati e dai dati ricostruibili dall analisi storica. Altra questione da sottolineare è quella che il georadar può essere uno strumento potente soltanto se l interpretazione dei dati da parte dei tecnici competenti è finalizzata a restituire un rapporto leggibile al progettista. In conclusione questo dimostra la necessità, ed il potenziale, di una collaborazione pluridisciplinare nei problemi morfologici e diagnostici nel caso di impiego di strumenti di indagini non distruttive [7]. Nel caso delle murature, soprattutto di quelle storiche, l indagine georadar riesce a fornire dati di tipo qualitativo, e a volte quantitativo, sulla presenza di quadri patologici, ed è quindi in grado di fornire un valido supporto alla conoscenza del manufatto e alla successiva fase di intervento progettuale. Il GPR è in grado di valutare sconnessioni, fratture, vuoti e decoesioni strutturali degli elementi murari e soprattutto l indagine nel suo complesso riesce ad operare su vaste aree e su opere di grosse dimensioni. RINGRAZIAMENTI Desideriamo ringraziare l Assessore ai LL. PP. e Centro Storico del Comune di Ancona Dott. Enrico Turchetti ed il Dott. Geol. Stefano Cardellini per aver acconsentito all utilizzo dei dati delle indagini GPR relative agli interventi riportati per la stesura del presente articolo. Un ringraziamento ulteriore va a Mons. Cesare Recanatini per la sua disponibilità durante le prove e per aver fornito documentazione storica del Duomo di San Ciriaco. BIBLIOGRAFIA [1] L. Binda, G. Lenzi, A. Saisi, NDE of masonry structures: use of radar tests for the characterisation of stone masonries, NDT&E International, Vol. 31, No. 6, pp , [2] TerraSIRch SIR System-3000 User s manual, Geophysical Survey Systems Inc., North Salem (NH), [3] GSSI Handbook for radar inspection concrete, Geophysical Survey Systems Inc., North Salem (NH), 2001.

14 [4] Ground Penetrating Radar 2 ed., a cura di David J. Daniels, IEE, Londra, [5] C. Maierhofer, J. Wöstmann, Investigation of dielectric properties of brick materials as a function of moisture and salt content using a microwave impulse technique at very high frequencies, NDT&E International, Vol. 31, No. 4, pp , [6] C. Maierhofer, S. Leipold, Radar investigation of masonry structures, NDT&E International, Vol. 34, pp , [7] L. Binda, L. Zanzi, M. Lualdi, P. Condoleo, The use of georadar to assess damage to a masonry Bell Tower in Cremona, Italy, NDT&E International, Vol. 38, pp , 2005.