1.2 Inquadramento geo-archeologico
2.4.7 Acquisizione dei dati
Esistono tre principali metodologie per eseguire prospezioni mediante un dispositivo di tipo GPR. 1. Common offset: una coppia di antenne (trasmittente e ricevente) poste a distanza fissa viene
fatta muovere solidamente lungo una linea di survey (Figura 2.36-a).
2. Common midpoint CMP: consiste nell’aumentare progressivamente la distanza fra l’antenna trasmittente e la ricevente mantenendo fisse le coordinate del punto di mezzo, affinché le riflessioni provengano sempre dallo stesso punto in profondità (ed ammesso che il riflettore sia orizzontale)4
3. Transillumination (trasparenza): le antenne di trasmissione e di ricezione vengono collocate all’interno di pozzi nelle due facce opposte rispetto al mezzo da investigare.
Figura 2.36: a) Illustrazione schematica di un prospezione di tipo common-offset effettuata lungo una linea b) Area di
indagine attraversata da una serie di linee. La risposta terreno è misurata in punti equispaziati lungo le linee di indagine. Anche se il la superficie indagata può essere irregolare, dati prelevati secondo questo formato possono aiutare i processi di elaborazione e di visualizzazione (Jol H.M., 2008).
La modalità di survey più utilizzata è il common offset. Le misure vengono effettuate secondo intervalli spaziali regolari5 e i dati vengono prelevati lungo linee o più spesso attraverso griglie regolari che coprono l’area in esame (Figura 2.36-b). Le antenne sono in genere caratterizzate da specifiche polarizzazioni sia in trasmissione che in ricezione e possiedono precise geometrie ed orientazioni. L'obiettivo delle indagini common offset è quello di mappare la riflettività dei target sepolti nel sottosuolo in funzione della posizione (Jol H.M., 2008).
In base a quando visto fino adesso, le acquisizioni devono essere progettate in funzione:
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Il processo è quasi del tutto equivalente ai metodi utilizzati nella sismica a rifrazione.
5 Un rilevamento attraverso spaziatura uniforme è spesso consigliabile se al dato devono essere applicate tecniche avanzate
1. delle proprietà elettriche del target e dei materiali che lo contengono: un esito favorevole dell’indagine richiede sufficienti contrasti della costante dielettrica e basse conducibilità; 2. della profondità del target: si deve tener conto della dipendenza tra assorbimento e frequenza
in uso; inoltre il settaggio della finestra temporale deve essere adeguato a contenere la riflessione di interesse;
3. delle dimensioni del target: quando possibile l’intervallo tra un traccia e l’altra va impostato sulla base del diametro dell’oggetto da individuare.
Oltre a questi fattori di carattere interno, come visto, ve n’è uno di natura esterna costituito dalla presenza di fonti di rumore ambientale.
Riassumendo, per una bona acquisizione dei dati occorre innanzitutto garantire una sufficiente penetrazione del segnale per raggiungere i target più lontani. La profondità di indagine dipende dalle caratteristiche del materiale, soprattutto dalla sua conducibilità, che aumenta sensibilmente in presenza di umidità. La penetrazione è anche sfavorita dalla dispersione di energia prodotta da diffrazioni per cui, un materiale disomogeneo ad esempio costituito da piccole pietre e cocci con taglio irregolare, è certamente meno favorevole rispetto ad una muratura costituita da grosse pietre con taglio regolare.
Per garantire la profondità richiesta, occorre quindi scegliere opportunamente la frequenza delle antenne da utilizzare. Come detto la scelta è sempre l’esito di un compromesso in quanto le antenne che garantiscono maggior penetrazione sono quelle di bassa frequenza. Lavorando con frequenze basse si è però costretti a lavorare con antenne più pesanti e di maggior ingombro. In ogni caso è bene eseguire dei test preliminari per verificare che la scelta fatta sia appropriata.
Una volta scelti i parametri di acquisizione occorre decidere come e quanti profili eseguire per raggiungere gli obbiettivi preposti. In molti casi, l’esecuzione di profili bidimensionali è sufficiente allo scopo. Ad esempio, per problemi di localizzazione di travi di legno o metallo o ancora per stabilire l’estensione di una zona particolarmente umida o per distinguere zone caratterizzate da modalità costruttive diverse, non è necessario ricorrere ad indagini 3D. Si eseguiranno dunque un certo numero di profili 2D nei punti di maggior interesse trascinando l’antenna lungo le linee di acquisizione.
L’orientazione del profilo può avere importanza in alcuni casi, soprattutto quando l’indagine ha tra gli obiettivi la localizzazione di elementi in cui una dimensione domina sulle altre come nel caso di travi. Per ottimizzare la risposta conviene eseguire i profili in direzione ortogonale alla trave e con le antenne orientate in modo parallelo alla trave. Ciò garantisce il massimo ritorno d’energia e facilita il riconoscimento della trave che produrrà la tipica risposta a forma d’iperbole di diffrazione.
Per indagini finalizzate ad altri obiettivi come la localizzazione di piccole cavità o di elementi particolari come perni di legno o di metallo, può essere molto utile eseguire indagini 3D che permettono di ricostruire attraverso una elaborazione opportuna una immagine tridimensionale dell’area investigata. In tal caso occorre spendere più tempo in fase di acquisizione in quanto si devono eseguire diversi profili 2D paralleli separati da una distanza non superiore all’intervallo di campionamento spaziale già discusso, per soddisfare il teorema di Nyquisit. E’ importante che questi profili siano eseguiti con precisione altrimenti l’interpolazione dei dati non produrrà una buona immagine 3D. Per questo motivo molto spesso si utilizzano dei GPR multicanale composti da array di antenne. Essi garantiscono, con un minor numero di linee, tempi di lavoro minori, alta risoluzione, riduzione dei problemi causati da aliasing spaziale e la possibilità di ottenere immagini 3D abbastanza dettagliate dei target sepolti. Le caratteristiche dei sistemi multicanale verranno descritte in dettaglio nel Paragrafo C.4 dell’Appendice C.