7 INDAGINI CON GEORADAR 7.1 IL GEORADAR

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1 7 INDAGINI CON GEORADAR 7.1 IL GEORADAR Il metodo di indagine georadar è in grado di rilevare le discontinuità presenti nei mezzi investigati (sottosuolo e strutture), sfruttando il fenomeno della riflessione delle onde elettromagnetiche. Consente di rilevare oggetti e strutture fino a una profondità massima che può variare, in funzione della natura del mezzo, della frequenza delle antenne impiegate e del target ricercato. In casi particolari, usando antenne a bassissima frequenza (fino a 35 MHz) ad esempio per la ricerca di orizzonti stratigrafici, possono essere individuati target a profondità dell ordine della decina di metri. La propagazione nel mezzo delle onde elettromagnetiche emesse da un antenna trasmittente varia con le caratteristiche dielettriche dei materiali attraversati. La differenza dei valori delle proprietà (costante dielettrica e conducibilità elettrica), provoca le riflessioni delle onde radar che sono raccolte da un antenna ricevente. La forma dell impulso emesso è calibrata in modo da ottenere una distribuzione spettrale di tipo gaussiano con il valore centrale che rappresenta la frequenza caratteristica corrispondente alla frequenza dominante dell impulso. La frequenza dell antenna determina le caratteristiche di risoluzione e di massima profondità di esplorazione ottenibile. La scelta è in genere condizionata dal compromesso tra penetrazione, risoluzione ed ingombro del sistema. In pratica, essendo desiderabile una alta penetrazione si dovrebbero scegliere frequenze basse; ciò va però a scapito della risoluzione, e può determinare limiti operativi nella dimensione della antenna. Perciò la scelta della frequenza è frutto di un compromesso tra le seguenti esigenze: basse frequenze sono desiderabili per una maggiore penetrazione; alte frequenze sono desiderabili perché consentono di ottenere una migliore risoluzione, e quindi una migliore qualità dell immagine radar; inoltre ad alte frequenze corrispondono antenne più piccole, e quindi più leggere e maneggevoli. Dal punto di vista applicativo si applicano frequenze attorno ai MHz per profondità di indagine dell ordine dei 150 centimetri, mentre si scende ai MHz per profondità dell ordine dei 300 centimetri. Per indagini di dettaglio si possono usare antenne ad alta frequenza ( MHz) con profondità dell ordine dei cm. Le antenne possono operare in due modi principali: - disposizione monostatica; - disposizione bistatica. 131

2 Con la disposizione monostatica, il trasmettitore (TX) ed il ricevitore (RX) sono assemblati in un unica struttura, permettendo di ottenere informazioni in tutta l area indagata determinando la profondità degli oggetti indagati la cui determinazione è condizionata dalla conoscenza della velocità nel mezzo. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni superficiali quali, difetti, cavità, servizi, reperti archeologici, depositi, oggetti diversi in genere. Le antenne hanno generalmente una frequenza tra 500 e1000 MHz. Con la disposizione bistatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono separati e messi ad una certa distanza l uno dall altro. Il vantaggio di tale configurazione consiste in una risposta più dettagliata nelle zone più profonde, mentre lo svantaggio consiste nell assenza di risposta in una porzione determinata in funzione della distanza tra i due componenti (TX/RX). Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni da zone profonde ed è generalmente impiegata con antenne a frequenza tra 80 e 300 MHz e finalità tipicamente geologiche. Il segnale radar ricevuto dall antenna risulta sempre caratterizzato dalla presenza di rumore che deve essere rimosso al fine migliorare la visibilità. In particolare i segnali acquisiti sono elaborati attraverso opportune operazioni: - filtraggio verticale, lo scopo del filtraggio nel dominio del tempo è quello di rimuovere tutte le frequenze spurie, cioè non connesse a bersagli presenti nel sottosuolo; - filtraggio orizzontale, l insieme delle tracce connesse con una determinata struttura definisce una frequenza orizzontale; l obiettivo del filtraggio orizzontale è quello di rimuovere le basse frequenze che non sono connesse ad alcuna struttura, ma che si generano nella zona tra antenna e superficie; - migrazione, questa operazione, particolarmente adatta alla ricerca di sottoservizi che generano riflessioni ad andamento iperbolico, consente di rimuovere le code delle iperboli conservando solo il punto di vertice che corrisponde alla posizione del bersaglio. La migrazione è propedeutica alla realizzazione di una rappresentazione tomografica. 132

3 7.2 GEORADAR ANALISI DEL SUOLO L obbiettivo è la ricerca ed individuazione di cavità ed altri manufatti presenti al di sotto della pavimentazione esistente. L asse orizzontale riproduce la direzione di avanzamento dell antenna al di sopra del mezzo investigato, mentre l asse verticale rappresenta la direzione di penetrazione degli impulsi. Tale distanza è espressa sotto forma di ritardo tra l impulso emesso e quello riflesso ed è quindi pari a due volte la distanza antenna-bersaglio. Il valore del ritardo è convertito in valore metrico tramite la conoscenza della velocità di propagazione del segnale nel mezzo. L indagine si svolge con scansioni referenziate ed equidistanti sia longitudinali che trasversali. Le scansioni sono effettuate con tempi di ascolto adeguati alle finalità dell indagine e con equidistanza commisurata ai target da individuare. L oggetto sepolto viene viene visto visto dal dalgeoradar in inmodo mododeformato x -N x -1 x 0 x 1 x -N Trasmettitore x 0 x moto Ricevitore N Monitor antenna d0 Antenna d d-1 1 d -N d 0 oggetto sepolto d N Acquisizione Antenna 400 MHz Scansioni Trasversali Antenna 200 MHz d-n Generazione iperbole Antenna 600 MHz d N x N x Ruotino digitale Mappa radar Scansioni Longitudinali All esecuzione dell indagine vera e propria, deve essere individuato un apposito sistema riferimento. Esso consiste in un sistema di assi cartesiani ortogonali detti asse delle T o delle linee Trasversali e asse delle L o delle linee Longitudinali. Essi corrispondono rispettivamente all asse delle X e delle Y del sistema cartesiano. Ogni misura sarà quindi posta in un senso o nell altro e avrà un determinato punto di inizio, essa inoltre sarà posta parallelamente ad altre sezioni la cui equidistanza viene detta passo di scansione. I dati acquisiti sono elaborati, utilizzando il sistema di elaborazione RIS 2K su una base cartografica in CAD, in modo da avere una ricostruzione precisa della ubicazione planimetrica e della profondità dei bersagli individuati. L elaborazione dei dati può prevedere la visualizzazione contemporanea dei radargrammi prodotti e delle relative mappe tomografiche. 133

4 Si mostra una tipica sezione radar; in ogni sezione l ascissa corrisponde alla distanza percorsa dalle antenne sulla pavimentazione e l ordinata, a partire dall alto, alle profondità. In questo caso sono state evidenziate due iperboli di diffrazione che corrispondono ai target A e C, rispettivamente il ramo inferiore della rete di cunicoli e una cavità isolata. Tale struttura ha una forma rettangolare con una lunghezza 6,0 x 2,0 m. GPR GPR 134

5 7.3 GEORADAR ANALISI DELLE STRUTTURE Si vuole indagare sull omogeneità del materiale costituente una serie di pilastri costruiti in fibrocemento. L esigenza nasce dall osservazione di alcune fessurazioni esterne che fanno temere che il fenomeno sia riprodotto anche internamente. Il rilievo dei pilastri è eseguito secondo una tecnica di acquisizione delle misure per profili paralleli (longitudinali) all asse principale delle strutture in calcestruzzo. Le colonne sono investigate mediante un singolo profilo dal soffitto al pavimento. Lo zero delle scansioni radar è ubicato in corrispondenza del soffitto. Ciascuna delle quattro pareti delle colonne è analizzata mediante due scansioni longitudinali parallele spaziate di 0,1 m. Rilievo georadar di un pilastro La risoluzione spaziale ottenibile mediante questo passo di scansione è adeguata per la localizzazione di vespai di ghiaia di dimensioni pluricentimetriche e di eventuali piani di discontinuità o di frattura. In fase di selezione dei parametri di acquisizione sono provate diverse configurazioni di misura con antenna da 900 MHz. La sessione di calibrazione permette di stabilire le frequenze di registrazione ed i guadagni ottimali. Il guadagno consente di compensare l attenuazione del segnale per effetto dei fenomeni di divergenza geometrica e di assorbimento di energia da parte di mezzi ad elevata costante dielettrica. Nell esempio riportato, il radargramma di questa sezione di pilastro rivela una anomalia puntiforme dovuta ad una disomogeneità del calcestruzzo. 135