INDAGINE GEORADAR

Generalmente le analisi georadar sono utilizzate nell’indagine del suolo alla ricerca di sottoservizi o trovanti. In questo studio l’analisi viene introdotta per la ricerca di informazioni non direttamente accessibili sullo stato di consistenza del ponte in muratura, in particolare per evidenziare la presenza di fessure passanti o discontinuità nella muratura costituente l’arco [28;81]. Come sarà presentato nel seguito il georadar si è rivelato molto utile per descrivere le parti nascoste e non accessibili del ponte rilevando la presenza del riempimento inerte al di sotto del pacchetto stradale e identificando correttamente le spalle del ponte. L’indagine si è dimostrata fondamentale anche per escludere la presenza di fessure passanti nell’arco.

La strumentazione impiegata per l’esecuzione delle scansioni radar è composta da un dispositivo della Radar Systems (mod. Zond 12e da 16 bits conversione a/d) equipaggiata con antenne operanti a frequenze 500 e 2000 MHz. Lo strumento si compone di un’unità di trasmissione-ricezione [antenna t_x/r_x] e di un’unità di trasduzione e registrazione del segnale. Il principio di funzionamento dello strumento (figura 4.19.a), legato alla propagazione di un’onda elettromagnetica nel sottosuolo, si basa sul fenomeno fisico di partizione dell’energia ad un’interfaccia tra due mezzi con diverse proprietà dielettriche (costante dielettrica e e riflettività _r R).

Fig. 4.19. Propagazione di un’onda elettromagnetica nel sottosuolo: a) angolo solido di emissione dell’onda e footprint dell’antenna sul riflettore; b) configurazione

monostatica responso di individuazione di un target.

In particolare, in corrispondenza di un’interfaccia fisica, l’onda e.m. generata in superficie ed immessa nel sottosuolo per mezzo dell’antenna, subisce un fenomeno di riflessione e parte dell’energia (in funzione del contrasto di impedenza elettrica dei mezzi affacciati e dell’angolo di incidenza del segnale trasmesso) ritorna verso la superficie. La configurazione monostatica (figura 4.19.b) prevede l’utilizzo di una sola antenna (t_x=r_x) per la trasmissione e la ricezione del segnale, mentre la configurazione bistatica prevede l’utilizzo di due antenne (t_x+r_x) ad offset variabile. La selezione dell’offset permette, in prima approssimazione, la stima della velocità di

propagazione dell’onda elettromagnetica e quindi, noto il tempo di registrazione, il calcolo della profondità del target.

Nel caso specifico è stata utilizzata una configurazione bistatica ad offset fisso (0,35 m per l’antenna da 500 MHz e 0,00 m per quella da 2000 MHz). La velocità di propagazione V_m di un’onda e.m. in un mezzo m è data dalla (4.1) dove c è la velocità della luce (3·108 m/s) ed e è la costante dielettrica del mezzo, normalizzata _r rispetto a quella dell’aria.

2 / 1 0) / /( ^ c e e V_{m r} (4.1)

La conoscenza della costante dielettrica relativa (o della velocità di propagazione v ) _r è essenziale ai fini interpretativi, poiché permette di calcolare la profondità h di una superficie riflettente, con un errore massimo stimato di ± 10 %. Infatti:

r r t c h  2   _(4.2)

dove t è il tempo trascorso tra emissione e ricezione dell’impulso. L’attenuazione _r rappresenta la diminuzione dell’intensità del segnale per unità di lunghezza percorsa all’interno del materiale. Essa può essere considerata una funzione complessa della conducibilità elettrica. In generale è possibile affermare che la profondità di indagine massima ottenibile in un determinato materiale dipende dal suo valore di attenuazione. Valori elevati si hanno per i materiali caratterizzati da elevati valori di conducibilità elettrica, quali limi, argille, materiali cristallini solubili, metalli e acque saline; valori bassi sono caratteristici di rocce cristalline, ghiaie, sabbie e acque demineralizzate. La presenza di acqua è responsabile dell’aumento dei valori di entrambi i parametri, sebbene con intensità diversa nei vari materiali. I materiali caratterizzati da elevati valori di attenuazione limitano in modo determinante la profondità d’indagine; nelle argille plastiche, ad esempio, essa è ridotta a pochi centimetri e nei metalli è praticamente nulla. Per contro, i materiali ad elevato valore di attenuazione sono ottimi bersagli, in quanto riflettono buona parte della radiazione incidente.

Un profilo (sezione GPR) si ottiene ripetendo il ciclo di trasmissione e ricezione innumerevoli volte spostando progressivamente l’antenna lungo una direzione

prefissata; il programma di elaborazione provvede ad accostare opportunamente le tracce dei segnali ricevuti. Il risultato è riportato nelle sezioni GPR.

Per effettuare le sezioni GPR è stata utilizzata la modalità in dominio di spazio: il trasmettitore emette impulsi in dipendenza dallo spazio percorso dall’operatore; questo è possibile grazie all’utilizzo di un encoder direttamente collegato all’antenna. Nell’indagine in oggetto sono state utilizzate antenne operanti a frequenza di 500 e 2000 MHz, con le quali sono stati indagati i primi 3 – 3,5 m di terreno. Sono state eseguite in tutto 9 linee radar, dislocate tra la superficie del ponte e le sue spalle. I profili variano in lunghezza da qualche metro ad oltre 40 m. Una breve descrizione dei profili più significativi è riportata di seguito (figura 4.20).

Profili 1-5: questi due profili longitudinali sono stati effettuati sulle parti esterne della carreggiata del ponte, ed evidenziano le fessure sulle spalle e sulla campata dello stesso. Le due linee rimarcano la presenza di una muratura esterna e di un riempimento interno di materiale eterogeneo di altra consistenza.

Profili 2-4: in questi due profili, effettuati nella parte interna della carreggiata stradale, il georadar rimarca il passaggio sulle spalle e sull’arco sottostante alla campata, ma non mette in evidenza particolari anomalie associate alla presenza di vuoti o fessurazioni.

Profili 1-2-3-4 sulla spalla: questi profili, effettuati sulla superfice esterna della spalla, evidenziano una anomalia in corrispondenza del passaggio sopra la fessurazione, e confermano la presenza di una parete esterna in muratura e di un riempimento interno di materiale differente in parte disturbato e non omogeneo.

Fig. 4.20.b. Vista 3D profilo 3 sopra il ponte

Fig. 4.20.d. Vista 3D profilo 5 sopra il ponte

Fig. 4.20.e. Prospetto con sovrapposizione profilo georadar