PCC GROUP SRL Servizi Industriali

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1 PCC GROUP SRL Servizi Industriali Head Off. I Catania, Via Cagliari, 56 T: +39 (095) F: +39 (095)

2 - CIVIL ENGENEERING - GEOLOGY AND ENVIRONMENT - GROUND PENETRATING RADAR - LOSSES DETECTING RADAR SYSTEM - ARCHEOLOGY & CULTURAL HERITAGE - CARGO INSPECTION - LOSS CONTROL - CHEMICAL ANALYSIS - INDUSTRIAL SYSTEMS AND TECNOLOGY - RESEARCH INDAGINI GEORADAR INTRODUZIONE... 2 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEL GEORADAR... 5 MODALITA OPERATIVE SU LINEE E CONDUTTURE... 8 INDIVIDUAZIONE DEGLI SPANDIMENTI UTILIZZANDO GAS TRACCIANTI. 10 MODALITA OPERATIVE PER VERIFICHE STRUTTURALI MODALITA OPERATIVE SERBATOI ATMOSFERICI REFERENZE Head Off. I Catania, Via Cagliari, 56 T: +39 (095) F: +39 (095) M: [email protected] T: +39 (095) Via Delle Ginestre Zafferana Etnea (CT) P.IVA REA CT

3 INTRODUZIONE Il Geoadar è un sistema elettronico, in grado di indagare i terreni e i materiali con notevole dettaglio, utilizzando la riflessione d`onde elettromagnetiche appositamente prodotte dal sistema. Il risultato dell`analisi è costituito da tomografie che illustrano visivamente gli andamenti delle discontinuità presenti nel sottosuolo, permettendo così di individuare la presenza di materiali metallici, fondazioni in cemento, tubazioni, cavi, cavità, ma anche perdite di fluidi in genere (acqua, idrocarburi, acque reflue, fogna oleosa.) e disomogeneità di varia natura. L indagine è effettuata utilizzando il sistema MCH SMA ISC composto da: Sistema di Controllo radar Sensori Antenna Sistema di controllo radar Il sistema di controllo del radar è composto da: Unita di Controllo Radar DAD (Digital Antenna Driver) Preposta a generare gli impulsi di controllo delle antenne, le caratteristiche tecniche della DAD sono le seguenti: Scan Rate: > 850 Scans/rate Range: > 9999 nsec. Architettura Hw :16bit Numero di campioni per scansione: Numero di canali radar: 4ch Lan,Batteria 2

4 Fig.1 DAD Pc portatile Dedicato al controllo e al salvataggio del dato radar tramite il software K2 preposto alla gestione delle informazioni radar. Fig.2 Portatile dedicato alla gestione del dato radar. Sensori antenna Il sensore antenna utilizzato per la prospezione è costituito da: Antenna TR SMA Costituita da 4 sensori radar costituiti da antenne a 200MHz e 600MHz, dedicate alle indagini di superficie e idonee alla valutazione della presenza di sottoservizi e per la valutazione della condizione di saturazione del terreno. 3

5 Fig.3 Antenna TR SMA utilizzata per la prospezione radar. Fig.4- Antenna TR SMA utilizzata durante le indagini. 4

6 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEL GEORADAR Tutti i mezzi reali assorbono le onde elettromagnetiche in misura dipendente dalle loro caratteristiche elettriche. Un mezzo omogeneo parzialmente conduttore è definito da un punto di vista elettrico da una coppia di valori: costante dielettrica relativa conduttività Il sottosuolo è costituito da un mezzo eterogeneo le cui caratteristiche dielettriche sono determinanti per l individuazione di segnali ben definiti e interpretabili. L onda elettromagnetica generata dal radar è emessa nel sottosuolo mediante un trasmettitore presente all interno dell antenna. Quando le onde elettromagnetiche incontrano una discontinuità fisica, parte dell energia incidente è riflessa, generando un impulso di forma simile a quello trasmesso ma attenuato e distorto in fase e frequenza, che è raccolto da un ricevitore. La forma dell impulso trasmesso è opportunamente calibrata in modo da ottenere una distribuzione spettrale di tipo gaussiano con il valore centrale che rappresenta la frequenza caratteristica, o frequenza centrale dell antenna, la quale corrisponde alla frequenza dominante dell impulso. La frequenza centrale dell antenna determina le caratteristiche di risoluzione e di massima profondità di esplorazione ottenibile. Le antenne possono operare in tre modi principali: disposizione monostatica; disposizione bistatica; disposizione cross-polare. Con la disposizione monostatica, trasmettitore e ricevitore sono assemblati in un unica struttura, permettendo di ottenere informazioni in tutta l area indagata e di determinare la profondità di bersagli. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni superficiali quali servizi e reperti archeologici con antenne a frequenza medio-alta ( MHz). 5

7 Con la disposizione bistatica, trasmettitore e ricevitore sono separati e messi a una certa distanza l uno dall altro. Il vantaggio consiste in una risposta più dettagliata nelle zone più profonde, mentre lo svantaggio consiste nell assenza di risposta in una porzione di terreno in funzione della distanza reciproca dei due componenti. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni da zone profonde ed è generalmente impiegata con antenne a frequenza medio - bassa ( MHz) e finalità geologiche. Con la disposizione cross-polare, trasmettitore e ricevitore sono ortogonali tra loro. Tale disposizione è particolarmente utile nel riconoscimento di bersagli inclinati obliqui rispetto alla direzione di trascinamento delle antenne e inoltre per particolari applicazioni scientifiche in genere. Le sezioni radar rappresentano i risultati delle indagini georadar. L asse orizzontale riproduce la direzione di avanzamento dell antenna, 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 oggetto sepolto viene viene visto visto dal dal georadar in in modo modo deformato x -N x -1 x 0 x 1 x N x x -N Trasmettitore x 0 x moto Ricevitore N d0 Antenna Monitor antenna d-1 d 1 d -N d 0 d N d -N d N oggetto sepolto Acquisizione Generazione iperbole Mappa radar Fig.5- Principio di funzionamento del georadar La visualizzazione radar di un bersaglio presente nel sottosuolo è mostrata in Fig. 5 Il segnale radar ricevuto dall antenna è sempre caratterizzato dalla presenza di rumore ( noise ) che deve essere rimosso al fine di enfatizzare il più possibile la visibilità dei bersagli ricercati. 6

8 Numerosi sono quindi i processi di elaborazione cui il segnale è sottoposto prima della fase d interpretazione dei dati. Di seguito sono indicati alcuni dei principali processi utilizzati: Filtraggio verticale: Ogni singola traccia radar contiene un insieme di picchi che presentano un determinato periodo. Lo scopo del filtraggio nel dominio del tempo (filtraggio verticale) 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 (dominio spaziale) è quello di rimuovere le basse frequenze (bande parallele) che non sono connesse ad alcuna struttura, ma che si generano nella zona tra antenna e superficie. Migrazione: Operazione specifica per la ricerca dei servizi. Infatti, grazie alla spiccata sensibilità periferica delle antenne radar, i sottoservizi generano riflessioni ad andamento iperbolico e il processo di migrazione consente di rimuovere le code di queste iperboli conservando solo il punto di vertice che corrisponde alla posizione del bersaglio. In questo modo è possibile la detezione di servizi anche molto vicini, che altrimenti fornirebbero una riflessione molto confusa a causa delle riflessioni multiple. 7

9 MODALITA OPERATIVE SU LINEE E CONDUTTURE Individuata l area in cui insiste la linea da indagare, in funzione della lunghezza è divisa in settori per facilitare l elaborazione software dei dati radar acquisiti (vedi es. fig.6) SETTORE 1 SETTORE 2 SETTORE 3 SETTORE 4 Fig.6- Esempio di suddivisione in diversi settori Vengono effettuate un numero di scansioni longitudinali e trasversali la strada o l area oggetto dell indagine, sufficienti per ottenere una buona copertura (generalmente scansioni con array di 1 metro sia longitudinalmente sia trasversalmente). x y Fig.7- Visualizzazione singole scansioni. Il volume investigato è in seguito sottoposto ad analisi tomografica che restituisce immagini a diverse profondità sul piano x, y (vedi fig. 8). Lo spacing tra scansioni successive può variare in funzione degli obiettivi prefissati. 8

10 Fig.8- Tomografie radar a diverse profondità. 9

11 INDIVIDUAZIONE DEGLI SPANDIMENTI UTILIZZANDO GAS TRACCIANTI Tale metodologia, utilizzata a supporto alla tecnologia georadar sopra descritta, utilizza gas traccianti inerti che vengono immessi nel contenuto del serbatoio o nelle linee di cui si deve verificare la tenuta. In caso di perdita, tali gas danno una risposta nel sottosuolo grazie ad apposite sonde, opportunamente istallate, che qualificano l entità e l esatta ubicazione dello spandimento. Fig.9- Individuazione su radargramma di tre diversi sottoservizi. 10

12 Fig.10- Esempio di visualizzazione 3D sottoservizi individuati. Fig.11- Visualizzazione scansioni longitudinali e trasversali. 11

13 MODALITA OPERATIVE PER VERIFICHE STRUTTURALI Utilizzando apposite antenne radar è possibile indagare strutture in calcestruzzo quali bacini, ponti, vasche, pilastri, pareti nonchè strutture sommerse. Il maggiore dettaglio dei radargrammi ottenuti con antenne ad altissima frequenza ci consente di individuare microfessurazioni presenti all'interno della struttura ed eventuali ammaloramenti nascosti. Fig.12- Individuazione armatura calcestruzzo. Fig.13- Verifica strutturale parete sommersa. 12

14 MODALITA OPERATIVE SERBATOI ATMOSFERICI Dopo aver installato una serie di piezometri al di sotto del serbatoio da indagare in numero adeguato alle dimensioni, vengono eseguite una serie di scansioni con un apposita antenna radar progettata per lo scopo specifico. Queste scansioni hanno lo scopo principale di individuare zone a diversa capacita dielettrica del terreno di posa del serbatoio ed attraverso la visualizzazione e la sovraesposizione di mappe tomografiche individuare eventuali spandimenti. Nella figure seguenti è illustrata la modalità d indagine. Fig.14- Disposizione sonde. Fig.15- Indagine bacino di contenimento. 13

15 Fig.16- Tomografia scansioni fondo serbatoio. 14

16 REFERENZE ENI SpA VERSALIS SpA ERG SpA ISAB srl SARAS SpA API SpA ENIMED SpA RAFFINERIA DI GELA SpA RAFFINERIA DI MILAZZO SpA KUWAIT PETROLEUM ITALIA SpA ESSO RETE DISTRIBUZIONE PRIOLO SERVIZI ENEL DISTRIBUZIONE SpA ALFA CONSULTING 15