LINEE GUIDA
La tecnologia IDS
nel settore GEORADAR
IDS Ingegneria Dei sistemi S.p.A.
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
SOMMARIO
1
2
3
4
5
6
LA SOCIETA’ IDS: COMPANY PROFILE...................................................................................... 4
LA TECNICA GEORADAR .............................................................................................................. 7
2.1
Principio di funzionamento............................................................................................................ 7
2.2
La propagazione delle onde elettromagnetiche.............................................................................. 8
1.1.1.
Riflessione delle onde elettromagnetiche ........................................................................ 8
1.1.2.
Attenuazione dell’onda elettromagnetica ....................................................................... 8
1.1.3.
Penetrazione dell’onda elettromagnetica ........................................................................ 9
1.1.4.
Velocità di propagazione ................................................................................................... 9
2.3
Le Antenne .................................................................................................................................... 9
2.4
La strumentazione utilizzata ........................................................................................................ 11
2.5
La gestione dei dati radar e le tecniche di elaborazione .............................................................. 13
2.6
Aspetti operativi........................................................................................................................... 15
2.7
Selezione della frequenza radar (antenne utilizzate) ................................................................... 18
IL SISTEMA RIS (SVILUPPATO E PRODOTTO DA I.D.S. INGEGNERIA DEI SISTEMI – ITALIA, PISA) ..... 19
3.1
L’unità di acquisizione campale .................................................................................................. 19
3.2
L’unità di elaborazione dei dati radar .......................................................................................... 21
3.3
Le tavole di restituzione cartografica........................................................................................... 21
PRINCIPALI APPLICAZIONI DEL SISTEMA GEORADAR RIS ............................................. 23
ESPERIENZE NEI DIVERSI SETTORI DI IMPIEGO................................................................... 25
5.1
Esempio di applicazione: la ricerca servizi.................................................................................. 25
5.2
Le applicazioni nel campo archeologico...................................................................................... 27
5.2.1
Esempio applicativo: l’indagine di Villa Adriana ........................................................ 27
5.2.2
Esempio applicativo: l’indagine di Travalle ................................................................. 28
5.2.3
Esempio applicativo: un’indagine radar condotta in un area nel deserto medioorientale 29
5.3
Le applicazioni nel campo dei Beni Culturali.............................................................................. 30
5.3.1
Esempio applicativo: le Cariatidi di Villa Adriana ...................................................... 30
5.3.2
Esempio applicativo: l’affresco della chiesa di Mocali ................................................ 30
5.3.3
Esempio applicativo: le volte della Basilica di S. Francesco ....................................... 31
5.4
Le applicazioni nel campo dell’Ingegneria Civile: indagini strutturali ....................................... 32
5.4.1
Esempio applicativo: l’indagine su muri....................................................................... 32
5.4.2
Esempio applicativo: il rilievo strutturale di una colonna.......................................... 33
5.4.3
Esempio applicativo: il rilievo della struttura interna di una parete muraria ......... 34
5.4.4
Esempio: verifiche strutturali condotte nell’abitato di Sellano Perugia.................... 36
5.4.5
Esempio applicativo: indagine radar finalizzata alla valutazione dello spessore
dell’intonaco e dello stato di conservazione delle strutture murarie del Palazzo Ruggi
D’Aragona (SA)................................................................................................................................. 39
5.5
Indagini geologiche ..................................................................................................................... 40
5.6
I rilevati ferroviari........................................................................................................................ 42
5.7
Le pavimentazioni stradali........................................................................................................... 43
5.8
Il settore ambientale: le discariche............................................................................................... 44
QUADRO GIURIDICO DI RIFERIMENTO .................................................................................. 45
INDICE DELLE FIGURE
Fig. 2-1 - Principio di funzionamento del georadar....................................................................................... 7
Fig. 2-3 – Le configurazioni possibili delle antenne da foro ............................................................... 10
Fig. 2-4 - Composizione della Stazione di acquisizione campale di un radar.................................. 11
Fig. 2-5 - Composizione della parte di elaborazione di un radar ...................................................... 12
Fig. 2-6 Esempio di sezione radar........................................................................................................... 15
Fig. 2-7 - Esempio di array di antenne a confronto con antenna singola.......................................... 16
Fig. 2-8 Esempio di sezione radar multipla .......................................................................................... 16
Fig. 2-9 - Esempio di tomografia............................................................................................................. 17
Fig. 3-1 – Il sistema RIS per le indagini in strada ................................................................................. 20
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 3-2 – La configurazione HiRESS (IDS/RIS) per le indagini strutturali ..................................... 20
Fig. 3-3 – La stazione di elaborazione dati radar RIS .......................................................................... 21
Fig. 3-4 – Le tavole finali del lavoro ....................................................................................................... 21
Fig. 3-5 – Vista 3D della strada in oggetto............................................................................................. 22
Fig. 5-1 – Esempio di output della mappa cartografica....................................................................... 25
Fig. 5-2 – Esempio di mappa di riconoscimento suoli ......................................................................... 26
Fig. 5-3 – Esempio di sezione stratigrafica ricavata dalle mappe radar............................................ 26
Fig. 5-4 – Mappa tomografica relativa all’area dello stadio di Villa Adriana .................................. 27
Fig. 5-5 – Il sistema RIS utilizzato........................................................................................................... 28
Fig. 5-6 – I rilievo di scavo realizzato..................................................................................................... 28
Fig. 5-7 – La fase di acquisizione campale ............................................................................................ 28
Fig. 5-8 – La mappa dei risultati ottenuta.............................................................................................. 28
Fig. 5-9 – La montagna indagata............................................................................................................. 29
Fig. 5-10 – Le fasi dell’acquisizione campale ........................................................................................ 29
Fig. 5-11 – La cartografia dell’area rilevata indicante le aree di anomalia rilevate. ........................ 29
Fig. 5-12 – La statua delle Cariatidi........................................................................................................ 30
Fig. 5-13 – La sezione radar rilevata....................................................................................................... 30
Fig. 5-14 – L’affresco indagato ................................................................................................................ 31
Fig. 5-15 –La sezione radar risultante .................................................................................................... 31
Fig. 5-16 – La facciata della Basilica di Assisi ....................................................................................... 31
Fig. 5-17 – La volta della Basilica di Assisi............................................................................................ 31
Fig. 5-18 – Esempio di sezioni radar relative alla volta....................................................................... 32
Fig. 5-19 - La ricostruzione 3D dei risultati ottenuti ............................................................................ 33
Fig. 5-20 – La mappa cartografica della geometria interna delle tubazioni ..................................... 33
Fig. 5-21 - Schema della colonna e sezione radar associata ad alta frequenza................................. 34
Fig. 5-22 - Mappa di penetrazione relativa alle sezioni radar riportate in Fig. 5-21 ....................... 34
Fig. 5-23 - Schema di una struttura muraria e relativa sezione radar acquisita con antenne a media
frequenza ........................................................................................................................................... 35
Fig. 5-24 - Schema di acquisizione radar, realizzata sulla parete della Cantina confinante con la
Galleria 1 ............................................................................................................................................ 35
Fig. 5-25 - Sezione radar relativa alla parete muraria.......................................................................... 36
Fig. 5-26 - Prospetto dell’edificio n°74: traccia delle scansioni radar e ubicazione dei sondaggi. 37
Fig. 5-27 - Edificio n°74. Confronto tra: mappe di penetrazione del segnale e.m., mappe radar
(1200MHz) e stratigrafie dei microcarotaggi ................................................................................ 37
Fig. 5-28 - Prospetto dell’edificio n°65, traccia delle scansioni radar e ubicazione dei sondaggi.. 38
Fig. 5-29 - Edificio n°65. Confronto tra mappe di penetrazione del segnale elettromagnetico,
mappe radar (1200MHz) e microcarotaggi .................................................................................. 38
Fig. 5-30 - Vista Area A1, sistema di riferimento adottato .................................................................. 39
Fig. 5-31 - Anomalie riscontrate nell’area A1 ........................................................................................ 39
Fig. 5-32 – Mappa radar con antenna a bassa frequenza (40 MHz)................................................... 40
Fig. 5-33 – Antenna 100 MHz.................................................................................................................. 41
Fig. 5-34 – La mappa georadar ottenuta ................................................................................................ 41
Fig. 5-35 – Le antenne da foro ................................................................................................................. 41
Fig. 5-36 – Esempio di risultato su pali di fondazione ........................................................................ 41
Fig. 5-37 – Il carro ferroviario su cui sono alloggiate le antenne........................................................ 42
Fig. 5-38 – Stratigrafia rilevata.................................................................................................................... 42
Fig. 5-39 – Soluzione a contatto .............................................................................................................. 43
Fig. 5-40 – Soluzione non a contatto....................................................................................................... 43
Fig. 5-41 – Sezione stratigrafica ottenuta dall’indagine radar ............................................................ 43
Fig. 5-42 – esempio di mappa radar su sito contaminato.................................................................... 44
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
1
LA SOCIETA’ IDS: COMPANY PROFILE
La Società I.D.S è stata fondata nel 1980 da un gruppo di Ingegneri provenienti dalle più
qualificate aziende elettroniche e per le quali erano stati realizzatori dei progetti più importanti
nel settore della ingegneria elettronica, con l’intento di essere una azienda all’avanguardia nelle
tecnologie elettroniche e fornire, quindi, un supporto qualificato nei vari campi della “Ingegneria
di Sistema” ad enti di ricerca, enti governativi ed industrie nazionali ed estere operanti nel settore
elettronico sia civile che militare.
Attualmente, IDS impiega oltre 100 tecnici la maggior parte delle quali con diploma di laurea e
notevole esperienza nei campi della Ingegneria radar ed elettromagnetica, simulazione ed
elaborazione di segnali, ed Ingegneria del software, con un’attività orientata prevalentemente
verso il mercato dei grandi programmi con elevati requisiti tecnologici (Spazio, Difesa, Controllo
del Traffico aereo, Telecomunicazioni, Simulazioni ed introspezioni del suolo etc.). In questi
settori assume importanza fondamentale possedere competenze tecniche elevate.
IDS è riconosciuta dal Ministero della Università e della Ricerca Scientifica come “Laboratorio di
Ricerca” (G.U. nr. 120 del 24/05/1996).
L'attività IDS si esplica attraverso la fornitura di un supporto di tipo specialistico per la soluzione
di specifici problemi nell'ambito di settori applicativi di interesse, ovvero nelle fasi di progetto
preliminare ed esecutivo di sistemi complessi, facendo riferimento alle proprie competenze
specialistiche nei seguenti campi:
-
Ingegneria Elettromagnetica: studio di tecniche di simulazione ed analisi elettromagnetica e
relative applicazioni su sistemi (navigazione aerea ed aeroportuale, sistemi spaziali ed
avionici, sistemi di broadcasting e radiodiffusione, impianti industriali e terrestri, sistemi
navali, sistemi mobili e GPS, Global Position System); il gruppo è organizzato per rispondere
in modo finalizzato ai principali problemi applicativi (navale, aeroportuale, spaziale,
avionico).
-
Analisi Radar e Gestione delle Segnature: studio del backscattering di radar, infrarossi e acustica
di piattaforme terrestri, navali ed aeree per la analisi e riduzione della segnatura e per la
valutazione delle prestazioni dei sistemi di arma. Studio dei sistemi SAR (radar ad apertura
sintetica) a bordo di aeroplani o satelliti per telerilevamento; studio della interazione delle
onde radar con la superficie, per l'analisi e interpretazione dei dati radar; analisi, simulazione,
progettazione e test di sistemi radar militari (navali, terrestri e avionici) e civili (meteorologici,
strumentali e di telerilevamento).
-
Ingegneria dei Sistemi Radar: studio, specificazione e progetto di sistemi speciali; sviluppo,
produzione ed applicazione di strumenti per la introspezione non-invasiva del suolo e dei
materiali.
-
Sistemi Aeroportuali: nata nel 1990, ha lo scopo di fornire alle Autorità dell'Aviazione Civile un
supporto integrato nel campo delle procedure strumentali di volo e in tematiche relative al
controllo del traffico aereo, attraverso la simulazione mediante strumenti integrati di
progettazione a calcolatore composti da: sistemi cartografici aeronautici, CAD, Data Base
aeronautici e standard ICAO, e strumenti di simulazione
-
Software Engineering: progettazione di sistemi software complessi basati su un'architettura
client/server, ambienti di rete distribuiti con piattaforme multivendor e sistemi operativi
(Unix, NT); sviluppo di frameworks per la soluzione di specifici problemi di progettazione
integrata basati su tecniche Object Oriented e Data Base.
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
-
Sistemi Dinamici: progetti e studi di analisi strutturale di sistemi complessi attraverso l’utilizzo
di tecniche FEM (Modello ad Elementi Finiti) lineari e non, progettazione di sistemi di guida e
di puntamento sensori mediante tecniche di simulazione dinamica.
I settori applicativi utilizzano il Laboratorio specialistico ove sono concentrate le “Core
Competences” nelle aree critiche.
Qui di seguito vengono riportate le attività più qualificanti di IDS negli ultimi anni:
• Analisi, progettazione e assemblaggio di un radar meteorologico - committente ISTITUTO
FISICA DELL’ATMOSFERA CNR
• Analisi di sistema radar di tracking e di ricerca - committente SMA
• Survey sullo stato dei sistemi di controllo del traffico aereo in 15 aeroporti italiani e modalità
di manutenzione degli stessi - committente Ente Nazionale Assistenza al Volo (ENAV)
• Analisi e progetto di un radar altimetro con prestazioni avanzate - committente Aeritalia
• Analisi, progetto e realizzazione di un sistema di tracking di aerei per analisi IR - committente
Aeritalia
• Progettazione di sistemi TLC su UU.NN militari e civili - committente Fincantieri
• Impostazione dei requisiti tecnico - operativi di un carro da combattimento; analisi
prestazionali dei vari componenti (avvistamento, tracking, stabilizzazione, centrale di tiro etc);
valutazioni sulle prestazioni overali; progetto di un sistema costiero di sorveglianza e di difesa
- committente Oto Melara
• Impostazione ed analisi di un radar 3D con scansione verticale sintetica - committente Selenia
• Analisi e progetto di un radar meteo per la Regione Veneto - committente SMA
• Studio per simulazione della superficie radar di UU.NN. - committente Marina Militare
Italiana (MMI)
• Prestazioni di analisi EMC e aggiornamento allo Stato dell'Arte del programma PEAN committente Marina Militare Italiana
• Studio per identificazione progetto autopiloti per gli UAV's Mirach 26 e M150 - committente
Aeritalia
• Studio EMC per pattugliatore Classe Bigliani - committente Crestitalia
• Studio dell'ambiente elettromagnetico causato da fulmini - committente CSELT
• Studio di Antenna Pattern su satelliti - committente Agenzia Spaziale Europea (ESA)
• Attività di supporto al progetto di un sistema di controllo centralizzato delle emissioni
elettromagnetiche di bordo - committente SMA
• Analisi installazione antenne su satelliti - committente Alenia Spazio
• Studio e progettazione ampliamento poligono; sperimentazione di tecniche radar in ambito
urbano; verifica impianti realizzati; impostazione ed avviamento alla preparazione di
normative per rilievi radar finalizzati al microtunnelling - committente SIP (oggi Telecom)
• Verifica in impianto di nuove tecniche di mappatura delle reti di servizi mediante Radar per
Introspezione del Sottosuolo (RIS) - committente CSELT
• Sviluppo di metodologie di modellizzazione per la simulazione elettromagnetica di
piattaforme spaziali; sviluppo di una modellistica a target esteso - committente Agenzia
Spaziale Europea (ASI)
• Sviluppo di un prototipo radar per introspezione del suolo dedicato alla ricerca di servizi committente SIP (oggi Telecom)
• Automazione dei processi di progettazione delle procedure di volo e gestione degli spazi aerei
- committente Ente Nazionale Assistenza al Volo (ENAV)
• Sviluppo del software di processamento dei dati con tecniche di ricostruzione di tipo
tomografico per applicazione nel settore dei beni culturali - committente ITIN
• Attività di supporto di analisi di sistema per lo Studio di Navigazione Autonoma "Scene
Matching" - committente Alenia
• Realizzazione modelli elettromagnetici a calcolatore per i pattugliatori di squadra Classe
Artigliere - committente Oto Melara
• Ricerca per indagini non distruttive dei materiali lapidei - committente Consorzio Erica
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
• Vendita apparati RIS Radar per Introspezione del Sottosuolo dedicato alla Ricerca di Servizi;
corsi di addestramento sull'utilizzo del RIS - committente Alcatel, Sirti, ERICSSON, MT, Elea,
Progera, IET
• Attività di studio e realizzazione del SW EMC ATCR 33 Torino Caselle, Genova Sestri e
Malpensa 2000 - committente Alenia
• Studio di fattibilità, progetto e realizzazione di un prototipo radar per introspezione del suolo
dedicato alle perforazioni guidate (RIS/M) - committente Telecom
• Sviluppo di software per la modellazione elettromagnetica - committente Agenzia Spaziale
Europea (ESA)
• Studio di fattibilità, progettazione e realizzazione di una testa radiante per introspezione del
suolo
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
2
LA TECNICA GEORADAR
La parola georadar o G.P.R. (Ground Probing Radar), identifica un apparecchiatura radar
dedicata all’indagine del sottosuolo.
In questi ultimi anni l’utilizzo delle tecniche GPR per le prospezioni geofisiche di superficie,
hanno assunto una sempre maggiore diffusione. Si è infatti assistito ad un notevole aumento di
interesse nei confronti di questa tecnica geofisica dipendente in gran parte dall’economia dei costi
e dei tempi di esecuzione, nonché dal carattere non distruttivo della indagine e dalla relativa
semplice interpretabilità dei risultati.
Il georadar, nell’applicazione alla introspezione del suolo, è, in generale, una tecnica che consente
di rivelare in modo non distruttivo e non invasivo la presenza e la posizione di oggetti sepolti
utilizzando il fenomeno della riflessione delle onde elettromagnetiche.
La tecnologia è basata sullo stesso principio dei sistemi radar convenzionali, ma con alcune
differenze significative:
• in un radar convenzionale l’onda elettromagnetica irradiata si propaga attraverso l’aria,
mentre nel radar per introspezione del suolo si propaga nel suolo od in altri materiali solidi;
• i radar convenzionali possono rivelare bersagli a distanza di molti chilometri, mentre il radar
per introspezione del suolo opera generalmente a distanze di pochi metri;
• la risoluzione dei radar convenzionali è dell’ordine delle decine o centinaia di metri, mentre il
radar per introspezione del suolo ha risoluzioni dell’ordine delle decine di centimetri.
2.1 Principio di funzionamento
Un radar convenzionale è una strumentazione che consente di operare il rilievo della posizione di
un oggetto in aria mediante l’invio di onde elettromagnetiche; l’apparato misura il ritardo tra
l’istante in cui il segnale elettromagnetico è stato trasmesso e quello necessario alle onde riflesse
da bersaglio, per tornare alla antenna ricevente.
Il funzionamento del georadar è concettualmente analogo e, in breve, si basa sulla capacità dello
strumento di emettere segnali a radiofrequenza (compresi tipicamente nel range 100 MHz – 1
Ghz) e di registrare quindi le eco reirradiate dagli oggetti presenti nel sottosuolo, caratterizzati da
dimensioni sufficienti e da proprietà elettromagnetiche diverse rispetto a quelle di ciò che li
circonda.
La generazione e la ricezione degli segnali a radiofrequenza è operata da una o più antenne che
vengono fatte scorrere sul materiale che si desidera indagare; i dati raccolti, opportunamente
elaborati, sono memorizzati e rappresentati su una unità di controllo che, inoltre, genera gli
impulsi necessari al funzionamento delle antenne. Eventuali oggetti presenti nel sottosuolo
generano nelle immagini radar (o radargrammi) caratteristiche forme iperboliche, come illustrato
in Fig. 2-1.
L’oggetto
L’oggettosepolto
sepoltoviene
viene‘visto’
‘visto’dal
dalgeoradar
georadarin
inmodo
mododeformato
deformato
x-N
x-NTrasmettitore x0
Monitor
Antenna
d-N
x
Ricevitore N
x-1 x0
moto
antenna
d0
d-1
d0
dN
d-N
xN x
x1
d1
dN
oggetto sepolto
Acquisizione
Generazione
iperbole
Mappa radar
Fig. 2-1 - Principio di funzionamento del georadar
Tutti i mezzi reali assorbono le onde elettromagnetiche in misura dipendente dalle loro
caratteristiche elettriche.
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
In generale, un mezzo omogeneo è definito da un punto di vista elettrico, da una coppia di valori:
• costante dielettrica relativa (εr)
• conduttività (σ)
Da questi valori è possibile risalire al comportamento del mezzo nei confronti della propagazione
delle onde elettromagnetiche.
Un trasmettitore (TX) genera un segnale di tipo impulsivo con una determinata frequenza di
ripetizione. La successione di questi impulsi genera un segnale di durata dell’ordine dei
nanosecondi che viene irradiato nel mezzo da un’antenna a larga banda.
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.
Il segnale elettromagnetico ricavato è caratterizzato da una serie di picchi. La loro ampiezza
dipende principalmente da tre fattori:
• natura del riflettore;
• natura del mezzo tra riflettore ed antenna;
• curva di amplificazione applicata.
2.2 La propagazione delle onde elettromagnetiche
Nella propagazione delle onde elettromagnetiche nel suolo si evidenziano i seguenti aspetti:
• la riflessione
• la attenuazione
• la portata
• la velocità di propagazione
1.1.1. Riflessione delle onde elettromagnetiche
Una riflessione dell’onda elettromagnetica si verifica ogni volta che il mezzo di propagazione
mostra una variazione (o disomogeneità) delle caratteristiche elettromagnetiche, come accade in
corrispondenza di un cambiamento del mezzo o di presenza di un bersaglio; la capacità di
riflessione di un bersaglio è espressa dal parametro S.E.R. (Superficie Equivalente Radar), la cui
valutazione è assai complessa, essendo funzione di una molteplicità di parametri:
• la forma del bersaglio
• la sua dimensione
• il materiale del bersaglio
• il materiale ad esso circostante
• la frequenza e la polarizzazione della onda e.m. incidente
• la distanza dall’antenna
1.1.2. Attenuazione dell’onda elettromagnetica
La attenuazione dell’onda elettromagnetica, la cui energia diminuisce progressivamente
all’aumentare della profondità, è la causa principale di limitazione della profondità di indagine;
essa, usualmente espressa in decibel/metro, è originata da vari effetti, tra i quali i principali sono:
• la conducibilità del mezzo (nell’attraversare mezzi conduttivi l’onda elettromagnetica
origina correnti che le sottraggono energia),
• fenomeni di risonanza delle molecole d’acqua, o di altre molecole presenti nel sottosuolo,
• l’attenuazione geometrica, causata dal fatto che, durante la propagazione, l’energia e.m. si
distribuisce su di un fronte d’onda la cui superficie aumenta man mano che ci si allontana
dall’antenna, diminuendo di fatto l’energia globale che incide sui singoli bersagli.
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1.1.3. Penetrazione dell’onda elettromagnetica
La penetrazione dell’onda elettromagnetica (o portata) è un fattore strettamente legata alla
attenuazione; in pratica essa è fortemente dipendente della natura del suolo, o meglio dalla sua
conducibilità; esistono terreni caratterizzati da bassa conducibilità e buona omogeneità, in cui la
penetrazione può essere molto elevata (fino alle decine di metri): ad esempio roccia compatta,
ghiaccio, sabbia asciutta, ecc. Nei terreni comuni, invece, (di natura argillosa, sabbiosa e ghiaie) la
presenza di acqua e dei sali in essa disciolti, limita la penetrazione a pochi metri; in particolare la
penetrazione può risultare assai ridotta per terreni saturi di acqua.
1.1.4. Velocità di propagazione
La stima della velocità di propagazione è essenziale per misurare correttamente la profondità dei
bersagli; essa è funzione della costante dielettrica del mezzo, e può variare di quasi 10 volte in
funzione della natura del suolo; la velocità di propagazione è espressa, nel sistema MKS, in
m/sec; la velocità di propagazione nel vuoto (e nell’aria) è pari a 3*108 m/sec (300.000 Km/sec).
Per semplicità di notazione in campo radar la velocità di propagazione è spesso espressa in
cm/nsec:
• velocità nel vuoto (ed in aria):
30 cm/nsec
• velocità nel marmo:
11 cm/nsec
• velocità in suoli tipici urbani:
7-12 cm/nsec
• velocità nell’acqua:
3.3 cm/nsec
2.3 Le Antenne
La scelta dell’antenna è la fase fondamentale di un indagine georadar e si effettua considerando
gli elementi fondamentali del rilievo:
• portata
• risoluzione
Questi parametri in generale dipendono da:
• frequenza centrale dell’antenna utilizzata
• caratteristiche elettriche del mezzo da indagare.
L’antenna emette gli impulsi con un angolo molto ampio (variabile in funzione della frequenza
centro banda dell’antenna). Questo determina una grande sensibilità periferica. Tipicamente la
riflessione di un bersaglio puntiforme
rispetto alla direzione di trascinamento è
d
rappresentata da un ramo di iperbole, la
RX
TX
TX RX
cui ampiezza dipende dalla velocità di
trascinamento dell’antenna e dalla
d
velocità di propagazione delle onde nel
mezzo.
Caratteristica
fondamentale
di
un’antenna è la frequenza centrale
dell’impulso trasmesso1. Questo valore
disposizione bistatica
disposizione monostatica
caratterizza la risoluzione e la portata
delle
indagini.
Tale
impulso
è
caratterizzato, infatti, da un insieme di
Fig. 2-2 – La configurazione di antenne
frequenze che consentono di determinare
una distribuzione spettrale di forma
gaussiana il cui valore centrale rappresenta la componente dominante delle frequenze trasmesse.
Le antenne possono operare in tre modi principali:
• disposizione monostatica;
• disposizione bistatica;
• disposizione cross-polare.
1
Anche se non essendo la frequenza centrale costante, è preferibile dire che la frequenza centrale di
un’antenna è “intorno a” e non “esattamente di”
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Con la disposizione monostatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) 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 (500-1000 MHz).
Con la disposizione bistatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono separati e messi ad 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 d
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 (80-300 MHz) e finalità geologiche.
Con la disposizione cross-polare, trasmettitore e ricevitore sono ortogonali tra loro. Tale
disposizione risulta particolarmente utile nel riconoscimento di bersagli inclinati obliqui rispetto
alla direzione di trascinamento delle antenne ed inoltre per particolari applicazioni scientifiche in
genere.
Esistono poi trasduttori dedicati alle indagini in fori di perforazione. Tali sensori sono alloggiati
all’interno di una struttura cilindrica, in grado di essere introdotti all’interno di fori di sondaggio.
Tali antenne, omnidirezionali, sono caratterizzate tipicamente da basse frequenze e possono
essere anch’esse utilizzate nelle configurazioni mostrate in Fig. 2-3:
• monostatica
• bistatica
monostatica
bistatica
Fig. 2-3 – Le configurazioni possibili delle antenne da foro
In generale le antenne a bassa frequenza (40-300 MHz) sono indicate per indagini profonde,
poiché possiedono una alta capacità di penetrazione ed una bassa risoluzione, In particolare
queste antenne vengono impiegate per la ricerca di:
• orizzonti stratigrafici;
• falde;
• cavità;
• zone di fratturazione.
Antenne a media frequenza (300-500 MHz) per ricerche superficiali:
• resti archeologici;
• sottoservizi.
Antenne ad alta frequenze (900-1000 MHz) per indagini di elevato dettaglio, quali:
• stato dei manufatti;
• resti archeologici.
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2.4 La strumentazione utilizzata
I radar per introspezione del sottosuolo presenti sul mercato differiscono notevolmente in quanto
a composizione e caratteristiche, ma sono quasi sempre composti da due “Apparati”:
a) “Apparato” di Acquisizione Campale, (vedi Fig. 2-4)
b) “Apparato” di Elaborazione (vedi Fig. 2-5)
“L’Apparato” di Acquisizione Campale risulta in genere costituito da:
• Unità Antenna
In genere comprende:
∗ una o più antenne, ognuna dei quali integra un trasmettitore, un dipolo trasmittente e
ricevente, ed un ricevitore; i sistemi dotati di più antenne possono essere dotati di un
dispositivo di distribuzione dei segnali alle varie antenne, il quale può essere, in alcuni
casi, “intelligente”
∗ una ruota metrica per la misura di posizione ed il controllo della acquisizione dati
∗ un telecomando per il pilotaggio remoto delle funzioni del radar
∗ una meccanica più o meno complessa per la movimentazione dell’Unità
• Unità di Controllo
In genere è basata su di un PC con le seguenti funzioni:
∗ Controllo delle funzioni del radar
∗ Visualizzazione dei dati radar su monitor a colori
∗ Elaborazione dei dati radar
∗ Registrazione dei dati radar su supporto cartaceo (solo vecchie versioni) o magnetico
• Unità di Alimentazione
Tipicamente una batteria con autonomia di circa un giorno di lavoro
Unità di Controllo:
- controllo funzioni
- visualizzazione dati
- elaborazione dati
- registrazione dati
Unità di Alimentazione:
- batterie
- gruppo elettrogeno
- caricabatterie
Unità Antenne:
- una o più antenne
- ruota metrica
- telecomando
- meccanica di movimentazione
Fig. 2-4 - Composizione della Stazione di acquisizione campale di un radar
“L’Apparato” di Elaborazione risulta in genere costituito da:
• Unità di Elaborazione Dati
E’ in genere costituita da un Personal Computer con le seguenti funzioni:
∗ elaborazione dei dati radar
∗ visualizzazione, in vari formati, dei dati radar
∗ archiviazione dei dati radar
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
∗ applicativo CAD con le seguenti funzioni: realizzazione o digitalizzazione della
cartografia del sito, inserimento in cartografia delle informazioni relative al sottosuolo,
generazione dei prodotti finali.
• Unità di Stampa
E’ così denominato l’insieme dei dispositivi di stampa e di plottaggio; può comprendere uno o
più dei seguenti dispositivi:
∗ plotter a colori per la stampa delle cartografie e dei prodotti finali
∗ stampante a colori per la stampa dei prodotti finali, delle cartografie e dei dati radar
∗ stampante in bianco e nero per la stampa delle relazioni tecniche
Unità di Elaborazione:
Unità C.A.D.:
- visualizzazione dati
- elaborazione dati
- archiviazione dati
- generazione cartografie
- inserimento dati sottosuolo
- generazione dei prodotti finali
Unità di Stampa:
- stampa dati radar
- stampa cartografie
- stampa report
(plotter, stampanti B/N e colori)
Fig. 2-5 - Composizione della parte di elaborazione di un radar
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
2.5 La gestione dei dati radar e le tecniche di elaborazione
I radargrammi rappresentano i risultati delle indagini georadar. Essi rappresentano una
variazione delle caratteristiche dielettrica del mezzo ad alta risoluzione.
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 antennabersaglio. Il valore del ritardo viene convertito in valore metrico tramite la conoscenza della
velocità di propagazione del segnale nel mezzo.
Passo essenziale per la corretta lettura dei dati è quindi la determinazione della velocità di
propagazione del segnale nel mezzo da indagare.
La taratura diretta non è sempre applicabile perché necessita della conoscenza della profondità
del bersaglio. Tale conoscenza deve per forza scaturire da un accertamento preventivo (ad es.
ispezione dei tombini nella ricerca servizi) o dalla applicazione di particolari algoritmi che
consentono stime a posteriori dei valori di velocità del mezzo..
I patterns caratteristici che si possono registrare, ciascuno associato ad una situazione specifica,
sono:
Riflessioni inclinate: Caratteristica tipica di molte strutture geologiche quali, fratture, limiti
stratigrafici. Le onde riflesse vengono raccolte allorché la superficie è inclinata al di sotto del
valore di perdita per rifrazione e generano una riflessione maggiore di quella reale. Nei rilievi
in foro se la frattura interseca l’asse del foro da origine ad un’ampia V capovolta, con vertice in
corrispondenza dell’intersezione del piano con l’asse del foro.
Riflessioni iperboliche: Sono le tipiche riflessioni associate alla presenza di strutture quali vuoti e
servizi, la cui direzione sia ortogonale alla direzione di avanzamento dell’antenna. Anche una
roccia molto fratturata può dare origine ad inviluppi di segnali di questo tipo.
Riflessioni sub-orizzontali: Riflessioni molto frequenti, sono connesse a discontinuità orizzontali
quali variazioni fisiche in genere, variazioni litologiche, presenza d’acqua, falde, strutture
archeologiche sepolte.
Nei rilievi in foro questo segnale è da attribuire a presenza di frattura o a fondazioni.
Variazioni di riflettività: questo segnale si individua allorché viene registrata una brusca
variazione cromatica del segnale. Il parametro che cambia improvvisamente è l’assorbimento
elettromagnetico. Si traggono così valide informazioni sulla successione degli orizzonti nel
sottosuolo, allorché si effettui una taratura di controllo in grado di consentire una relazione tra
caratteristiche elettriche del mezzo e segnale radar.
In generale, il segnale radar ricevuto dall’antenna risulta sempre caratterizzato dalla presenza di
rumore (“noise”) che deve essere rimosso al fine di enfatizzare il più possibile la visibilità dei
bersagli ricercati. A tale scopo i dati acquisiti sul campo sono generalmente sottoposti ad un
processo di elaborazione che ha lo scopo di eliminare tutto ciò che è relativo al rumore
Numerosi sono i processi di elaborazione a cui il segnale viene sottoposto prima
dell’interpretazione dei dati. Di seguito sono indicati alcuni dei principali processi utilizzati:
Filtraggio in frequenza: 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 mezzo. Analogamente, l’insieme delle tracce connesse con una
determinata struttura ne definisce una frequenza orizzontale e 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.
Analisi di Fourier: L’analisi dello spettro di Fourier serve per definire le frequenze di taglio
del filtraggio e per definire le caratteristiche filtranti del terreno.
Migrazione: Questa operazione è particolarmente adatta alla ricerca servizi. Infatti a causa
della spiccata sensibilità periferica delle antenne radar, i sottoservizi generano riflessioni
ad andamento iperbolico ed il processo di migrazione consente di rimuovere le code di
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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.
Si riportano i significati delle principali definizioni in uso nella tecnica georadar.
BERSAGLIO
DETEZIONE
DINAMICA
G.P.R.
GEORADAR
MARKER
NO DIG
P.R.F.
PORTATA
PRECISIONE
RADAR
RISOLUZIONE
RIVELAZIONE
RUMORE
S.P.R.
TARGET
termine usato in campo radar per designare un oggetto il quale
rifletta energia elettromagnetica verso il radar
l’operazione effettuata da parte di un dispositivo per scoprire la
presenza di un oggetto, radiazione, elemento chimici, ecc. usato
indifferentemente al posto di rivelazione
indica il rapporto tra il massimo livello di segnale ammesso in un
dispositivo ed il suo livello di rumore ; si misura in decibels
abbreviazione di Ground Probing Radar, alla lettera radar per il
sondaggio del suolo ; in italiano può essere tradotto come radar per
l’introspezione del suolo
Geological Radar
è una parola inglese traducibile con marca ; nel presente documento
indica un segno posto sul supporto di registrazione (cartaceo o
magnetico) della immagine radar per localizzare la sezione rispetto
ad un riferimento topografico
dizione inglese, derivata dal verbo to dig (letteralmente “scavare”),
la quale identifica attività di installazione di infrastrutture
sotterranee svolte per mezzo di perforazioni, e perciò senza
rimuovere il terreno dalla superficie
abbreviazione dell’inglese Pulse Repetition Frequency, traducibile con
l’italiano frequenza di ripetizione degli impulsi ; nel radar indica il
numero degli impulsi trasmessi in un secondo ; si misura in Hertz
(Hz)
in campo radar indica la massima distanza alla quale può essere
rivelato un bersaglio
la misura di quanto la misura, od il calcolo, o la stima di una
quantità differiscono dal suo vero valore
acronimo inglese per Radio Detection and Ranging, alla lettera
rivelazione e ricerca radio ; indica un dispositivo il quale trasmette
segnali elettromagnetici e riceve le eco originate dalla riflessione del
segnale trasmesso da parte oggetti di interesse (targets)
in campo radar indica la minima separazione (in angolo od in
distanza) tra due bersagli per la quale essi possono essere distinti
sullo schermo radar ; nel presente documento ci si riferisce
comunemente alla risoluzione in distanza
l’operazione effettuata da parte di un disposiztivo per scoprire la
presenza di un oggetto, radiazione, elemento chimico, ecc. usato
indifferentemente al posto di detezione
o disturbo indica correnti o tensioni indesiderate in un dispositivo
elettrico od elettronico
Surface Probing Radar
parola inglese la cui traduzione letterale è bersaglio ; è usato per
designare ogni oggetto il quale rifletta energia elettromagnetica
verso il radar
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2.6 Aspetti operativi
Dal punto di vista operativo l’acquisizione dati è effettuata spostando su di una linea retta una o
più antenne (adagiate sul terreno) realizzando quella che prende il nome di “scansione”.
Durante la scansione vengono collezionate una serie di riflessioni da punti adiacenti (tipicamente
uno ogni 2 o 3 cm), le quali costituiscono l’immagine della sezione radar; in presenza di un
oggetto sepolto (p.e. un tubo) si ottiene una immagine radar con una caratteristica forma
iperbolica (vedi Fig. 2-6).
Per riconoscere il tipo di bersaglio, ovvero per verificare se esso è un bersaglio:
• concentrato (p.e. un trovante)
• lineare (p.e. un servizio)
• distribuito (p.e. uno strato)
si ricorre a più scansioni parallele.
Fig. 2-6 Esempio di sezione radar
Esistono infine sistemi radar, dotati di array di antenne, che consentono di effettuare, con una
unica scansione, l’acquisizione di più sezioni. Un esempio di array di 4 antenne è illustrato in Fig.
2-7; con una unica scansione sono in genere acquisite fino a 8 sezioni radar:
• 4 monostatiche (trasmette e riceve la stessa antenna)
• 2 bistatiche (trasmette una antenna e riceve quella adiacente)
• 2 cross-polari (trasmette una antenna copolare e riceve quella disposta in posizione
ortogonale)
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 2-7 - Esempio di array di antenne a confronto con antenna singola
In Fig. 2-8 è mostrato l’esempio di una acquisizione simultanea di più sezioni con un array di
antenne.
Fig. 2-8 Esempio di sezione radar multipla
I radar con array di antenne, fornendo una visione tridimensionale del sottosuolo, consentono
una rappresentazione tomografica (tomografia) dei dati radar. Questa è una visione planimetrica
del sottosuolo per fasce di profondità; la Fig. 2-9 illustra un esempio di tomografia per due fasce
di profondità.
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La qualità delle immagini ottenute può essere migliorata mediante opportune elaborazioni sia
analogiche che digitali; il livello minimo di elaborazione necessario per la visualizzazione ed
interpretazione dei dati radar è costituito da:
• filtraggi verticali (almeno passa alto)
• filtraggi orizzontali (almeno passa alto)
• guadagno variabile in funzione della profondità
Fig. 2-9 - Esempio di tomografia
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2.7 Selezione della frequenza radar (antenne utilizzate)
Uno degli aspetti determinanti nell’utilizzo del radar è la selezione della frequenza di
trasmissione; tale scelta è in genere condizionata dal “trade-off” tra penetrazione, risoluzione ed
ingombro del sistema.
Come illustrato in Tab. 2-1, in letteratura sono riportate, interpretando semplicisticamente la
dipendenza della portata dalla frequenza, i legami tra la penetrazione, la risoluzione e le
dimensioni delle antenne e la frequenza del radar.
Frequenza centrale (MHz)
Penetrazione (m)
Risoluzione verticale (m)
Dimensioni (m)
31
16
1.6
4.8
63
8
0.8
2.4
125
4
0.4
1.2
250
2
0.2
0.6
500
1
0.1
0.3
1000
0.5
0.05
0.15
2000
0.25
0.03
0.075
dati tratti da ”Surface-penetrating Radar, D. J. Daniels,
Electronics & Communication Engineering Journal, August 1996
Tab. 2-1 Dipendenza dalla frequenza dei parametri di un sensore radar
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 400-600 MHz per profondità di
indagine dell’ordine dei 150 centimetri, mentre si scende ai 100-300 MHz per profondità
dell’ordine dei 300 centimetri.
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
3
IL SISTEMA RIS (SVILUPPATO E PRODOTTO DA I.D.S. INGEGNERIA DEI SISTEMI – ITALIA, PISA)
La IDS ha sviluppato un Radar per la Introspezione del Suolo (R.I.S.) dotato di soluzioni tecniche
ed architetturali che lo pongono all’avanguardia nel settore.
Il RIS è nato con l’obiettivo di incrementare le prestazioni ottenibili con le tecniche radar
convenzionali, puntando su di una architettura sofisticata del sensore e su di una potente
gestione software ed algoritmica dei dati radar.
Le peculiarità del RIS sono:
• utilizzo di “matrici” di antenne multifrequenza, le quali consentono di incrementare
enormemente le prestazioni del sistema e di esaminare massivamente e velocemente grandi
superfici;
• utilizzo di un potente software di elaborazione dati, comprensivo di parte algoritmica che può
essere specializzata in funzione dell’obiettivo dell’indagine;
• un data base, collegato ad una sezione cartografica, nel quale è possibile immagazzinare,
anche per analisi future, tutti i dati relativi alle indagini svolte.
L’esperienza insegna che, laddove un singolo apparato radar può affrontare ad un livello medio
di prestazioni una molteplicità di applicazioni diverse, per raggiungere l’eccellenza in una
singola applicazione (e nel caso specifico per raggiungere una buona affidabilità nella ricerca e
caratterizzazione di cavità) è necessario un apparato appositamente pensato.
Il RIS ha una architettura che, come necessario, gli consente di specializzarsi alle specifiche
applicazioni; infatti è possibile creare antenne radar e matrici di antenne ottimizzate in base alle
frequenze, all’adattamento ad uno specifico terreno, alle polarizzazioni, alle profondità di
indagine, ecc. A titolo di esempio l’ottimizzazione della matrice di antenne alla applicazione
specifica della ricerca dei servizi ha consentito di incrementare la percentuale di rilevazione dei
servizi da un valore di 6/10 ad oltre 9/10.
3.1 L’unità di acquisizione campale
Il sistema RIS si basa sull'impiego di un array di antenne, il quale consente il superamento della
tradizionale caratteristica bidimensionale delle indagini radar, e l'ottenimento di una
visione tridimensionale
del sottosuolo (vedi Fig. 2-7).
Questo approccio consente, a parità di scansioni della antenna radar sulla superficie indagata, di
avere una copertura molto più fitta, e quindi di ottenere
migliori prestazioni
nella caratterizzazione della struttura del sottosuolo.
L'array, montato su ruote, è riconfigurabile da 1 a 4 antenne; per la ricerca servizi il numero di
antenne è tipicamente 4.
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 3-1 – Il sistema RIS per le indagini in strada
La tecnologia RIS si è inoltre rivelata particolarmente adatta nell’ambito delle indagini definite di
tipo “Strutturale” (su edifici), dove vengono utilizzate, in funzione degli obiettivi proposti,
diverse configurazioni di antenne (Fig. 3-2).
Fig. 3-2 – La configurazione HiRESS (IDS/RIS) per le indagini strutturali
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
3.2 L’unità di elaborazione dei dati radar
La stazione di elaborazione dei dati radar (Fig. 3-3) è costituita da un PC opportunamente
configurato dotato di doppio monitor. Al suo interno si trovano i codici di elaborazione dei dati
radar (IDSGRED – Windows NT) e il modulo CAD (IDSGeomap – Microstation) per il
trattamento cartografico dei risultati. L’ambiente di lavoro è studiato per una elevata
interattività e per una efficace gestione della notevole mole di dati generati dal radar.
L’operatore durante la fase di elaborazione può visualizzare contemporaneamente i
radargrammi relativi all’area desiderata e contemporaneamente le mappe tomografiche
corrispondenti. Questo al fine di avere una visione 3D del sottosuolo (Fig. 2-7).
Fig. 3-3 – La stazione di elaborazione dati radar RIS
3.3 Le tavole di restituzione cartografica
Al termine del processo di estrazione delle informazioni radar tutti i bersagli riconosciuti
vengono trasferiti automaticamente nell’ambiente cartografico di riferimento al fine di produrre
le tavole finali del lavoro.
In Fig. 3-4 è mostrato un esempio di restituzione cartografica relativa ad un’indagine su strada
finalizzata alla ricerca dei sottoservizi.
Fig. 3-4 – Le tavole finali del lavoro
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Il sistema permette di visualizzare i risultati secondo le seguenti modalità:
• Vista in pianta
• Vista rettificata
• Sezioni schematiche trasversali
• Sezioni schematiche longitudinali
• Visione 3D secondo le varie viste
I risultati sono rappresentati da file cartografici di formato standard utilizzabili in qualunque
ambiente CAD.
Fig. 3-5 – Vista 3D della strada in oggetto
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
4
PRINCIPALI APPLICAZIONI DEL SISTEMA GEORADAR RIS
Attualmente le applicazioni delle tecniche di indagine con sistemi georadar, identificabili sotto il
termine Ground Probing Radar (GPR) sono varie e numerose. I principali settori di applicazione
possono essere così schematizzati:
• Detezione, mappatura e catasto del sottosuolo
∗ ricerca di sottoservizi
∗ ricerca di manufatti
∗ analisi dei profili stratigrafici del terreno
∗ Identificazione delle caratteristiche litologiche del terreno
∗ Supporto alla progettazione di posa con tecniche “directional drilling”
questa attività è sicuramente tra le più conosciute e dove il prodotto radar si è maggiormente
specializzato ottenendo buoni risultati di diffusione e con prospettive di ulteriore sviluppo.
Questa attività copre:
a.
la necessità delle imprese di scavo per la posa di sottoservizi inerenti agli obblighi
derivanti dalla presentazione dei piani di sicurezza sul lavoro, nella redazione dei piani è
espressamente richiesta l’individuazione e la localizzazione certa dei sottoservizi;
b.
la detezione e mappatura è necessaria per tutte le attività di posa di cavi con tecniche NODIG, cioè senza scavo; tecniche che si stanno rapidamente diffondendo in tutto il mondo
in particolare in ambienti urbani. Le macchine operatrici con tecnologie trenchless in
Italia sono attualmente circa 60 e dovrebbero raddoppiare nei prossimi due anni.
c.
Piani Urbani dei servizi nel sottosuolo (PUGGS) G.U. dell’11/03/99. E’ una direttiva
volta alla conoscenza della realtà delle reti ed alla definizione delle caratteristiche degli
interventi per le nuove opere e per la manutenzione di quelle esistenti in modo da
migliorare l’efficienza , la qualità dei servizi e limitare gli impatti sociali ed ambientali.
Tra le attività preminenti c’è l’obbligo dei comuni con più di 30.000 abitanti di realizzare
il catasto del sottosuolo entro cinque anni; per questa attività specifica l’impiego del
radar è fondamentale. Altra attività importante è quella rivolta agli acquedotti
verificando la rete, gli allacci clandestini e con l’ausilio di un geofono le perdite di acqua.
• Ingegneria Civile
∗ indagini strutturali su pareti
∗ collaudo e verifica delle strutture
∗ localizzazione di armature nel cemento armato
Dopo i recenti crolli di abitazioni in varie città italiane l’attività di controllo su strutture
e manufatti si sta diffondendo velocemente ed in futuro l’obbligo per ogni fabbricato di
disporre di un libretto di controllo sarà in vigore (oggi è in vigore solo a Roma). Il radar
inoltre, è sempre di più utilizzato per il controllo dei manufatti in cemento armato sia
per controllare lo stato di conservazione (il cemento armato ha superato i 60 anni) per
poterne effettuare la manutenzione ordinaria e straordinaria sia per effettuare verifiche
e collaudi di strutture nuove. Controllo e verifica di fondazioni sia per verificarne la
profondità, le caratteristiche e la geologia. Controllo e verifica di gallerie sia stradali che
ferroviarie analizzando sia lo stato della copertura che nell’area immediatamente
successiva alla stessa, potendo verificare la presenza di eventuali fratture, lo stato dei
ferri dell’armatura, la presenza di cavità o stato della roccia a contatto.
• Beni Archeologici
∗ indagini per la scoperta di nuovi siti archeologici
∗ identificazione di strutture archeologiche
∗ indagini per la delimitazione delle aree archeologiche
∗ identificazione di manufatti archeologici
L’applicazione archeologica fa parte della stria del radar fin dal suo primo uso ed è
ormai sempre più spesso utilizzato. In particolare, una volta specializzato e definita una
norma applicativa che garantisca la committenza (attività in corso nell’ambito del
IDS Ingegneria dei Sistemi S.p.A.
pag.23
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
programma Parnaso) potrà essere applicato per il rilievo archeologico di grandi opere
come progetto alta velocità, autostrade, nuovi insediamenti abitativi ecc.
• Beni Culturali
∗ verifica degli spessori degli intonaci
∗ verifica di distacchi di affreschi
∗ verifica di distacchi di coperture facciate
∗ indagini non distruttive su pareti
∗ indagini su pavimenti
Il radar può essere applicato agevolmente per ottemperare al Regio decreto N° 1564 del
1942 e successiva modifica del D.P.R. 418 del 1995 che prevede la mappatura dei
sottoservizi all’interno della muratura dei beni accatastati come beni culturali. Tale
mappatura fino ad oggi è stata trascurata per la mancanza di tecnologia idonea a poter
effettuare il rilievo con metodi non distruttivi. Altro settore di applicazione è il controllo
dei beni cultrurali da un punto di vista strutturale e cioè:
a.
controllo di mura a sacco
b.
individuazione di vuoti e cavità all’interno delle strutture
c.
individuazione di fratture o cedimenti che possano compromettere la struttura
d.
verifica delle iniezioni cementizie o resine per il recupero delle strutture o la
loro manutenzione.
• Applicazioni geologiche
∗ Indagini in foro
∗ Analisi dei profili stratigrafici del terreno
∗ Ricerca di cavità
∗ Indagini su spessori dei ghiacci
∗ indagini minerarie e su marmi
• Rilevati Ferroviari
∗ Collaudi rilevati ferroviari
∗ Manutenzioni rilevati ferroviari
∗ Valutazioni spessori del rilevato (ballast, sub-ballast, ecct.)
• Pavimentazioni stradali ed aeroportuali
∗ Verifica spessori livelli del tappetino, binder, tout-venant
∗ Andamento del substrato
∗ Individuazione cavità
∗ Degrado dei livelli presenti
• Ricerche ambientale
∗ Ricerca fusti
∗ Indagini su siti industriali
∗ Individuazione sversamenti
∗ Siti contaminati
• Altre attività
∗ Supporto alle indagini di Polizia Giudiziaria
∗ Ricerca di ordigni
∗ Altro.
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pag.24
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5
ESPERIENZE NEI DIVERSI SETTORI DI IMPIEGO
Di seguito sono descritti alcuni esempi applicativi relativi ai diversi settori di impiego del sistema RIS.
5.1 Esempio di applicazione: la ricerca servizi
Nell’ambito della ricerca servizi i sistemi radar attualmente in uso permettono di raggiungere
elevate precisioni in termini di capacità di localizzazione delle reti tecnologiche esistenti. Vi sono
poi sistemi radar in grado di fornire mappe di riconoscimento relative alle caratteristiche
litologiche dei terreni esistenti; questo allo scopo di fornire un valido supporto alle tecniche di
perforazione con metodi DIG e NO-DIG.
In Fig. 5-1 è mostrato un esempio di una mappa cartografica relativa ad un’indagine radar
finalizzata alla ricerca servizi. In essa sono localizzati su una base cartografica di riferimento, tutti
i tubi rilevati dalle mappe radar acquisite e, inoltre, sono mostrate sezioni schematiche trasversali
e longitudinali di valido supporto agli operatori di scavo.
In Fig. 5-2 è invece presentato un esempio di mappa di riconoscimento terreni ottenuta con una
particolare configurazione HW e SW del sistema georadar:
Mappa di classificazione del suolo
Mappa di segmentazione orizzontale
Mappa di segmentazione verticale (layering)
Sezione radar
Nella mappa di classificazione sono state distinte:
Classe A: (argilla, limi e sabbia)
Classe B: (argilla con ghiaia, marne, ghiaie)
Classe C: (ghiaia grossolana, roccia)
Nella Fig. 5-3 è infine mostrato un esempio di sezione stratigrafica ricavata dall’interpretazione
delle mappe di riconoscimento suoli.
Fig. 5-1 – Esempio di output della mappa cartografica
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
B
Ground Classification Map
C
A
Horizontal Segmentation
Map
Vertical Segmentation Map
(layering)
Conventional GPR Map
Fig. 5-2 – Esempio di mappa di riconoscimento suoli
Fig. 5-3 – Esempio di sezione stratigrafica ricavata dalle mappe radar
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pag.26
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.2 Le applicazioni nel campo archeologico
Nel campo della ricerca archeologica, il sistema RIS trova ampio spazio di applicazione per le
sue caratteristiche di non invasività e velocità di esecuzione.
5.2.1
Esempio applicativo: l’indagine di Villa Adriana
A titolo esemplificativo si riporta un esempio di indagine radar svolta all’interno di Villa
Adriana (Tivoli - Roma).
Di particolare interesse è risultata essere l’area dello stadio, nella quale sia le immagini radar
che le sezioni tomografiche, indicavano la presenza di un probabile manufatto posto in direzione
obliqua rispetto alla griglia di copertura. Nella Fig. 5-4 è mostrata la sezione tomografica ricavata,
mentre in Fig. 5-6 è presentato quanto rilevato dal rilievo di scavo effettuato: si trattava di una
canale di adduzione delle acque termali della piscina.
Fig. 5-4 – Mappa tomografica relativa all’area dello stadio di Villa Adriana
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pag.27
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 5-5 – Il sistema RIS utilizzato
5.2.2
Fig. 5-6 – I rilievo di scavo realizzato
Esempio applicativo: l’indagine di Travalle
Analoghi risultati sono stati ottenuti nell’area definita “patrimonio archeologico” nella
frazione di Travalle, nel Comune di Calenzano (FI). L’attività si proponeva di localizzare la
presenza di bersagli radar associabili a manufatti o reperti archeologici su cui avviare una
eventuale campagna di scavi. Quest’area, infatti, risultava di grande interesse archeologico a
seguito di alcuni ritrovamenti effettuati in epoche diverse, che hanno portato alla luce reperti
riferibili ad un insediamento rurale di epoca romana. L’indagine ha permesso di individuare le
aree a maggiore vocazione archeologica per l’effettuazione di scavi preliminari (vedi Fig. 5-7 e
Fig. 5-8).
Fig. 5-7 – La fase di acquisizione campale
Fig. 5-8 – La mappa dei risultati ottenuta
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pag.28
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.2.3
Esempio applicativo: un’indagine radar condotta in un area nel deserto medio-orientale
Di seguito si riportano i risultati di una indagine radar condotta su un monte del deserto medio-orientale. Lo
scopo dell’indagine era di verificare la presenza di cavità all’interno della montagna. Le profondità di
indagine erano comprese tra 10 e 15 metri rispetto al locale piano campagna. Per questo motivo è stata
utilizzata un’antenna a bassa frequenza (100 MHz) che ha permesso di raggiungere le profondità
desiderate.
Fig. 5-9 – La montagna indagata
Fig. 5-10 – Le fasi dell’acquisizione campale
Nella Fig. 5-11 è mostrata la cartografia dell’area rilevata e quindi le aree in cui l’indagine condotta ha
indicato la presenza di zone anomale correlabile a cavità o strutture presenti a 5-8 metri di profondità.
Fig. 5-11 – La cartografia dell’area rilevata indicante le aree di anomalia rilevate.
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pag.29
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.3 Le applicazioni nel campo dei Beni Culturali
Nell’ambito dei Beni Culturali altrettanto numerose sono le applicazioni della tecnologia
RIS, come tecnica non invasiva.
Tra queste, a scopo illustrativo, si riportano i risultati ottenuti nelle indagini radar svolte su:
• Statue delle Cariatidi site presso Villa Adriana
• Affresco della chiesetta di Mocali presso l’abitato di Sellano (PG)
• Le volte della navata centrale della Basilica di S. Francesco in Assisi.
5.3.1
Esempio applicativo: le Cariatidi di Villa Adriana
L’indagine realizzata su alcune delle statue delle Cariatidi di Villa Adriana ha permesso di
verificare la giacitura, l’estensione e l’andamento delle fratture interne, visibili dall’esterno.
In Fig. 5-12 e Fig. 5-13 è mostrata l’immagine della statua e la sezione radar ottenuta dalla
scansione realizzata (con antenna ad alta frequenza) sul retro della testa della statua.
Foro sulla
testa
Fratture
interne
Fig. 5-12 – La statua delle Cariatidi
5.3.2
Fratture
interne
Fig. 5-13 – La sezione radar rilevata
Esempio applicativo: l’affresco della chiesa di Mocali
All’interno della chiesetta della frazione di Mocali, nelle vicinanze del paese di sellano (PG), è
stata realizzata un’indagine radar finalizzata alla valutazione dello scollamento della superficie
di un affresco presente al suo interno. Per tale indagine è stata utilizzata l’antenna IDS/TR 1200
MHz ad alta capacità di risoluzione. I risultati ottenuti sono mostrati nella mappa radar di Fig.
5-15, nella quale è evidenziata la superficie di scollamento presente sotto alla superficie esterna
dell’affresco.
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pag.30
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Zona scollamento
superficiale
L(m)
Z(m)
Fig. 5-14 – L’affresco indagato
5.3.3
Fig. 5-15 –La sezione radar risultante
Esempio applicativo: le volte della Basilica di S. Francesco
A seguito dell’evento sismico che ha coinvolto la regione Umbro-Marchigiana nel 1997,
preliminarmente agli interventi di recupero e consolidamento della Basilica di S. Francesco, sono
stati realizzate indagini con sistema RIS sulle volte, per la valutazione delle fratturazioni e le
degradazioni presenti. In Fig. 5-18 è mostrato un ‘esempio delle informazioni ottenute
dall’indagine realizzata. In questa particolare applicazione si è potuto, mediante l’0indagine
radar, l’impatto del consolidamento e più in generale l’estensione della zona di penetrazione del
materiale collante all’interno delle strutture murarie.
Fig. 5-16 – La facciata della Basilica di Assisi
Fig. 5-17 – La volta della Basilica di Assisi
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pag.31
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
0.6
3.4
L(m)
Trave
0.3
0.6
3.3
L(m)
Trave
0.3
0.8
Ripiano
0.8
Ripiano
1.9
1.9
Profondità (m)
Profondità (m)
Fig. 5-18 – Esempio di sezioni radar relative alla volta
5.4 Le applicazioni nel campo dell’Ingegneria Civile: indagini strutturali
Nell’ambito delle varie applicazioni di successo del sistema RIS, devono sicuramente essere
menzionate le applicazioni relative alle indagini di tipo strutturale di supporto all’Ingegneria
Civile. Per questa tipologia di applicazioni vi sono soluzioni HW di prodotto specifiche:
• Antenne alta frequenza (1200/1600 MHz)
• Antenne media frequenza (600 MHz)
• Array di antenne mono frequenza o a frequenza mista.
In questo specifico campo di applicazione il sistema RIS permette di ricavare informazioni circa
l’eventuale presenza di:
• Ricostruire la geometria delle tubazioni e canalature presenti all’interno delle pareti murarie;
• Riconoscere la presenza di murature a sacco;
• Ricostruire la geometria delle armature presenti all’interno delle murature;
• Indagare la struttura interna di colonne, piloni o strutture portanti;
• Rilevare la presenza e l’andamento di fratture;
Si riportano alcuni esempi applicativi.
5.4.1
Esempio applicativo: l’indagine su muri
L’indagine in oggetto è stata realizzata allo scopo di ricostruire la disposizione della geometria
delle tubazioni presenti all’interno di un muretto “test” appositamente costruito, utilizzando il
sistema RIS con antenna HF (1600 MHz).
I risultati prodotti dall’elaborazione delle immagini radar ottenute hanno permesso di
ricostruire la geometria delle tubature esistenti secondo la mappa cartografica riportata in
IDS Ingegneria dei Sistemi S.p.A.
pag.32
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 5-19 - La ricostruzione 3D dei risultati
ottenuti
5.4.2
Fig. 5-20 – La mappa cartografica della
geometria interna delle tubazioni
Esempio applicativo: il rilievo strutturale di una colonna
A titolo di esempio si riportano i risultati di indagine radar condotta su di una colonna
portante a base rettangolare, in cui l’obiettivo era di riconoscere eventuali anomalie strutturali
presenti al suo interno.
Esternamente la colonna risultava essere costituita da blocchi di calcare a faccia vista
sovrapposti in modo geometrico e coerente.
Per tale indagine è stata utilizzata un’antenna ad alta frequenza mediante la realizzazione di
tre scansioni parallele dalla base della colonna fino ad una altezza di circa 3 metri dal pavimento.
L’analisi dei dati radar mostra la presenza di una differenziazione strutturale (in senso
verticale), la cui linea di transizione è localizzata all’altezza di 1.5 metri dal pavimento e
riconoscibile nelle sezioni illustrate in Fig. 5-21. Tale discontinuità è visibile anche nelle mappe di
penetrazione del segnale e.m. (vedi Fig. 5-22), le quali consentono di discriminare aree con
diversa proprietà elettromagnetiche della struttura. In Fig. 5-22 si osservano infatti due zone
distinte con profili di energia riflessa fortemente diversi. Tale discontinuità è correlabile ad una
delle seguenti ipotesi:
• differente metodologia di costruzione; in particolare potrebbe trattarsi di una
giustapposizione dei blocchi calcarei fino all’altezza di 1.50 metri da terra, seguita da un
riempimento a sacco con materiale dello stesso tipo.
• diversa tipologia di materiali utilizzati.
In ogni caso si evince la sovrapposizione di un materiale disomogeneo ad uno più omogeneo.
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pag.33
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
1.5 m
COLONNA
SCANSIONI
scansione 1
fine colonna
scansione 2
fine colonna
1.5 m scansione 3
fine colonna
ANTENNA
Fig. 5-21 - Schema della colonna e sezione radar associata ad alta frequenza
Zona a bassa
penetrazione
Zona ad alta
penetrazione
Fig. 5-22 - Mappa di penetrazione relativa alle sezioni radar riportate in Fig. 5-21
5.4.3
Esempio applicativo: il rilievo della struttura interna di una parete muraria
In Fig. 5-23 è mostrata la rappresentazione in pianta di una parete muraria relativa ad una
chiesa di Assisi (PG), sulla quale è stata effettuata un indagine radar allo scopo di rilevare la
presenza di eventuali anomalie strutturali. Su di essa sono state effettuate scansioni orizzontali
con un array di 2 antenne a media frequenza. L’analisi dei dati radar mette in evidenza la
notevole capacità del sistema georadar di fornire informazioni in merito alla struttura interna del
manufatto. In essa è chiaramente visibile l’andamento della struttura muraria (contrafforte)
retrostante la parete, nonché la presenza di una porta di accesso murata e solo visibile
dall’interno della parete.
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pag.34
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
antenna
direzione di scansione
120 cm
parete
190 cm
porta murata
contrafforte
PARETE
CONTRAFFORTE
ESTERNO
18.80 m
Fig. 5-23 - Schema di una struttura muraria e relativa sezione radar acquisita con antenne a
media frequenza
In Fig. 5-24 è stata schematizzata la geometria di acquisizione radar, realizzata su una parete
muraria, all’interno del Salone del palazzo comunale di Padova.
La Fig. 5-25 mostra la sezione radar longitudinale realizzata secondo lo schema di Fig. 5-24.
Tale prova aveva lo scopo di evidenziare l’interfaccia muro-galleria e quindi rilevare lo spessore
della muratura.
Dall’immagine in Fig. 5-25 si osserva un allineamento sub orizzontale posto alla profondità di
circa 2 metri chiaramente correlabile alla transizione muro – galleria 1 ovvero alla fine della
parete. Tale transizione corrisponde al passaggio muro-aria. Il forte eco inclinato a 45° e visibile
in sezione radar è prodotto dalla porta di accesso alla cantina.
Fine della parete
Asse L
Galleria 1
parete
antenna
Cantina
Asse T
Fig. 5-24 - Schema di acquisizione radar, realizzata sulla parete della Cantina confinante con la
Galleria 1
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pag.35
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
m
0
Parete
1
2
Fine della
parete
3
Galleria1
Fig. 5-25 - Sezione radar relativa alla parete muraria
5.4.4
Esempio: verifiche strutturali condotte nell’abitato di Sellano Perugia
In seguito agli eventi sismici che hanno interessato il paese di Sellano nei mesi di settembre e
ottobre 1997 e che hanno reso inagibili quasi tutti gli edifici dell’abitato, si è rilevata la necessità
di:
1. individuare all’interno delle murature possibili anomalie prodotte dalle iniezioni di malta
cementizia realizzate a rinforzo della strutture, dopo il sisma del 1980;
2. individuare anomalie legate alla presenza di servizi.
A tale scopo nel mese di febbraio 1998 sono state condotte, a scopo sperimentale, alcune
prospezioni georadar con apparecchiature RIS.
Dato un requisito di alta risoluzione, le indagini radar sono state condotte con antenne radar a
frequenza alta (1500 MHz e 1200MHz) ed a frequenza media (600MHz).
Sono stati indagati due edifici, con numeri di mappa catastale n°74 e n°65.
Allo scopo di verificare la significatività delle anomalie delle opere murarie rilevate con le
tecniche radar, in punti alcuni significativi di tali strutture sono stati successivamente realizzati
dei microcarotaggi.
I microcarotaggi sono stati effettuati con trapano a rotazione, dotato di carotiere semplice lungo
30cm con diametro di 3.7cm, la perforazione si è spinta fino ad un massimo di 50 cm.
Edificio n°74
La porzione di edificio indagata è stata localizzata sulla facciata del palazzo n°74 (adibito a civile
abitazione) ed occupa una superficie di circa 7mq. Le scansioni radar sono state realizzate ad
intervalli di 50cm sia in direzione longitudinale che trasversale. Il verso delle scansioni
trasversali, rispetto al prospetto di Fig. 5-26, è stato dal basso verso l’alto, mentre quello delle
scansione longitudinali è stato da sinistra verso destra. Complessivamente sulla facciata
dell’edificio sono stati realizzati 5 microcarotaggi, S1,S2,S3,S4 e S5 (Fig. 5-26).
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pag.36
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Sulla parete indagata, sono state individuate mediante l’analisi radar due zone anomale, definite
con la dicitura Zona 1 e Zona 2. In Fig. 5-27 5 sono state messe a confronto le sezioni radar e le
relative mappe di penetrazione del segnale e.m. con i risultati dei sondaggi realizzati sia
all’interno (S1e S2) che all’esterno (S3 e S5) della
Zona 2. I dati radar evidenziano la presenza di due
zone (“A” e “B”) dalle caratteristiche molto
differenziate
Zona 1
Nella porzione A i dati radar presentano una facies
tessiturale omogenea ed una ridotta penetrazione del
Zona 2
segnale; grazie all’analisi dei microcarotaggi è stato
possibile verificare la presenza del conglomerato
cementizio iniettato durante un precedente opera di
consolidamento, avente caratteristiche di buona
omogeneità.
All’interno della porzione B la facies tessiturale della
mappa radar è caratterizzata da echi iperbolici
diffusi, e la mappa di segmentazione indica una
Fig. 5-26 - Prospetto dell’edificio n°74: maggiore penetrazione del segnale; tale porzione è
traccia delle scansioni radar e ubicazione risultata composta da blocchi calcarei (scaglia rossa e
dei sondaggi
bianca),
con
attribuiscono
alla
struttura
caratteristiche di disomogeneità e frammentazione.
S3
0 .0 0
0 .0 0
S1
In to n a c o
In to n a c o
0 .0 5
0 .0 5
A
B
C o n g l.
c e m e n tiz io
g ro s s o la n o
( in ie z io n e )
S c a g lia
B ia n c a
0 .2 5
C e m e n to
o rig in a rio
0 .2 6
In to n a c o
0 .3 2
A
0 .5 5
B
S5
0 .0 0
0 .0 0
In to n a c o
0 .0 5
0 .0 8
C o n g l.
c e m e n tiz io
g ro s s o la n o
( in ie z io n e )
M a tto n e
S2
In to n a c o
0 .0 5
0 .0 7
M a lta
o rig in a ria
A
B
0 .1 5
0 .2 3
C o n g lo m e ra to
c e m e n tiz io
fin e
0. 55
S c a g lia
R ossa
A
B
0 .5 5
Fig. 5-27 - Edificio n°74. Confronto tra: mappe di penetrazione del segnale e.m.,
mappe radar (1200MHz) e stratigrafie dei microcarotaggi
(la traccia delle mappe radar è indicata dalle linee rosse di Fig. 5-26)
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pag.37
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Edificio n°65
In Fig. 5-28 sono riportate la
traccia delle scansioni radar
effettuate
sulla
parete
fratture
dell’edificio n°65 (edificio
Comunale),
unitamente
all’ubicazione dei sondaggi
realizzati.
Il confronto tra i dati radar
e
le
stratigrafie
dei
microcarotaggi (Fig. 5-29)
realizzati,
rivela
la
corrispondenza
tra
l’omogeneità
strutturale
della parete ricavata dalle
Fig. 5-28 - Prospetto dell’edificio n°65, traccia delle scansioni
sezioni radar, e quanto
radar e ubicazione dei sondaggi
effettivamente osservato nei
sondaggi relativi.
Infatti le stratigrafie evidenziano la presenza, sotto ad un comune spessore di intonaco, di un
livello continuo ed omogeneo costituito da conglomerato cementizio fine (spessore medio di circa
2 cm), correlabile al materiale di iniezione utilizzato per il consolidamento della parete.
L’assenza dunque di materiali strutturalmente diversi, non ha giustamente permesso di rilevare
zone a diverso comportamento, per cui la sostanziale omogeneità delle sezioni radar e delle
mappe di penetrazione è associabile alle reali caratteristiche di omogeneità della parete
investigata.
0.00
S6
0.05
0.07
Intonaco
0.00
Congl.
cementizio
0.05
0.07
S7
Intonaco
Congl.
cementizio
Malta
originaria
Scaglia
Bianca
0.20
S10
0.00
Intonaco
0.27
Scaglia
Rossa
0.05
0.06
0.32
Scaglia
Bianca e
Rossa
Congl.
cementizio
Malta
originaria
0.32
0.20
0.00
S9
Scaglia
Bianca
Intonaco
0.05
0.06
S8
Intonaco
0.00
Congl.
cementizio
0.05
0.07
Congl.
cementizio
0.32
Malta
originaria
Scaglia
Rossa
Scaglia
Rossa
0.32
0.32
Fig. 5-29 - Edificio n°65. Confronto tra mappe di penetrazione del segnale
elettromagnetico, mappe radar (1200MHz) e microcarotaggi
(la traccia delle mappe radar è indicata dalle linee rosse in Fig. 5-28)
IDS Ingegneria dei Sistemi S.p.A.
pag.38
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.4.5
Esempio applicativo: indagine radar finalizzata alla valutazione dello spessore dell’intonaco e dello
stato di conservazione delle strutture murarie del Palazzo Ruggi D’Aragona (SA)
L’indagine radar è stata condotta, mediante sistema radar RIS ad alta frequenza (Hiress) per
indagini strutturali, su alcune pareti del palazzo Ruggi D’Aragona di SA (nel prospetto interno
ed esterno del cortile, interne all’edificio) con lo scopo di:
• valutare la capacità del radar di rivelare lo spessore dell’intonaco delle facciate.
• valutare l’accuratezza delle misure, previa adeguata calibrazione; tale accuratezza è stata
valutata per confronto con lo spessore dell’intonaco osservato in alcuni “punti di controllo”
in cui l’intonaco è stato, dopo l’indagine radar, opportunamente rimosso.
• valutare la capacità del radar di individuare fratture, cavità, scollamenti dello strato di
intonaco dalla muratura e quindi di fornire un’indicazione qualitativa dello stato di
conservazione (grado di coesione interna) della struttura muraria.
In Fig. 5-30 è mostrata una delle pareti indagate mentre in Fig. 5-31 è presentata la mappa
delle anomalie riscontrate a valle dell’indagine svolta.
L
Sistema di riferimento
rosone
T
0
Fig. 5-30 - Vista Area A1, sistema di riferimento adottato
L(m)
3.0
2.8
2.6
10
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Anomalie intonaco
8
12
Cavità-fratture
12
18
18
Punto di controllo
22
30
8
12
15
8
5
15
5
12
22
3.0
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
0.8
1.0
0.6
0.4
0.2
T(m)
Fig. 5-31 - Anomalie riscontrate nell’area A1
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pag.39
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.5 Indagini geologiche
In questo particolare settore applicativo, il sistema RIS trova ampio spazio di applicazioni. In
particolare si dispone di antenne:
• Antenne bassa frequenza schermate a 100 MHz
• Antenne bassa frequenza schermate a 80 MHz
• Antenne bassa frequenza non schermate a 40 MHz
Di seguito si riporta un esempio di indagine realizzata all’interno di una cava di calcare in cui si
raggiungono profondità pari a 30 metri finalizzate alla detezione di cavità e fratturazioni.
Fig. 5-32 – Mappa radar con antenna a bassa frequenza (40 MHz)
Di seguito è riportato un esempio relativo ad un lavoro svolto nell’abitato di Ariano Irpino (AV)
dove sono state condotte indagini radar finalizzate alla detezione di cavità ed anomalie correlabili
ad instabilità geologica dell’area. La mappa radar ottenuta è stata collocata sul versante indagato
e sono state quindi individuate strutture anomale (Fig. 5-34) correlate alle strutture geologiche
dell’area.
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pag.40
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
Fig. 5-33 – Antenna 100 MHz
Fig. 5-34 – La mappa georadar ottenuta
Un’altra applicazione particolare sono le indagini in foro. Per questa specifica applicazione sono state
sviluppate particolari antenne che vengono inserite all’interno di fori di sondaggio che possono raggiungere
profondità dell’ordine dei 50 metri. Nelle figure di seguito presentate sono mostrate rispettivamente
l’esempio di un lavoro fatto a Caracas (Venezuela) finalizzato alla ricerca di eventuali fondazioni speciali
su pali lungo il tracciato della nuova metropolitana. La mappa radar presentata evidenzia la presenza di un
palo di fondazione con la relativa ricostruzione cartografica.
Fig. 5-35 – Le antenne da foro
Fig. 5-36 – Esempio di risultato su pali di
fondazione
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pag.41
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.6 I rilevati ferroviari
I sistemi RIS sono stati opportunamente studiati e configurati a livello di antenne allo scopo di
effettuare indagini su rilevati ferroviari. Le indagini vengono realizzate mediante il montaggio
delle antenne su carro ferroviario in una soluzione non a contatto (Fig. 5-37) . Il sistema è in grado
di operare fino a velocità pari a 80 Km/h e quindi di ricavare mediante opportune elaborazioni,
le mappe stratigrafiche relative ai diversi livelli individuati (Fig. 5-38). Il sistema è attualmente in
uso in:
• Romania
• Germania
• Italia sono stati realizzati numerosi chilometri di controlli.
Fig. 5-37 – Il carro ferroviario su cui sono alloggiate le antenne
Fig. 5-38 – Stratigrafia rilevata.
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pag.42
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.7 Le pavimentazioni stradali
Di seguito sono presentati i sistemi radar RIS configurati per l’analisi delle pavimentazioni
stradali. Si tratta in pratica di soluzioni radar dedicate con configurazioni di antenne a contatto e
non. Le due soluzioni si differenziano in quanto la prima permette massime velocità pari a 10/15
Km/h con alte risoluzioni; la seconda consente velocità decisamente più elevate, ma basse
risoluzioni. In generale si ottengono risoluzioni dell’ordine del centimetro.
In Fig. 5-41, è mostrata un’esempio di sezione radar acquisita su una strada.
Fig. 5-39 – Soluzione a contatto
Fig. 5-40 – Soluzione non a contatto
Fig. 5-41 – Sezione stratigrafica ottenuta dall’indagine radar
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pag.43
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
5.8 Il settore ambientale: le discariche
Nel settore ambientale i sistemi georadar trovano larga applicazione con particolare riferimento
ai seguenti campi:
∗ Ricerca fusti
∗ Indagini su siti industriali
∗ Individuazione sversamenti
Nella Fig. 5-42 è mostrato un esempio di mappa radar acquisito su un’area industriale nella quale
si evidenzia la presenza di un’area anomala associabile alla presenza di agenti contaminati
presenti nel sottosuolo dell’area investigata.
AREA DI ANOMALIA
Fig. 5-42 – esempio di mappa radar su sito contaminato
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pag.44
Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
6
QUADRO GIURIDICO DI RIFERIMENTO
Diversi sono i riferimenti, le norme e le direttive giuridiche in cui la tecnologia non invasiva GPR
è contemplata e suggerita come strumentazione di analisi dalla legislazione vigente italiana. Di
seguito si fa cenno ad alcune delle più importanti.
Il PUGSS (Piano Urbano Generale dei Servizi nel Sottosuolo), è la direttiva emanata dalla
Presidenza del consiglio dei Ministri – Dipartimento delle Aree Urbane, che fornisce a comuni,
province, Anas ed altri Enti proprietari e/o gestori delle sedi stradali e delle aree di uso pubblico,
in ambito urbano, le linee guida per la posa degli impianti sotterranei delle aziende.
Obbiettivo primario della presente direttiva e' quello di razionalizzare l'impiego del sottosuolo in
modo da favorire il coordinamento degli interventi per la realizzazione delle opere, facilitando la
necessaria tempestività' degli interventi stessi al fine di consentire, nel contempo, la regolare
agibilità' del traffico ed evitare, per quanto possibile, il disagio alla popolazione dell'area
interessata ai lavori ed alle attività' commerciali ivi esistenti. La connessa finalità' e' quella di
promuovere la scelta di interventi che non comportino in prospettiva la diminuzione della
fluidità' del traffico per i ripetuti lavori interessanti le strade urbane, contribuendo cosi' sia ad
evitare gli effetti di congestionamento causato dalle sezioni occupate, sia a contenere i consumi
energetici, ridurre i livelli di inquinamento, nonché' l'impatto visivo al fine di salvaguardare
l'ambiente ed il paesaggio e realizzare economie a lungo termine
Tale direttiva impone ad ogni comune al di sopra dei 30.000 abitanti o di grande attrazione
turistica di predisporre e rendere operativo attraverso l’inserimento nel PRG il "Piano Urbano
Generale dei Servizi nel Sottosuolo". Inoltre ogni ente si deve dotare di un regolamento sulle
modalità di realizzazione delle opere e sulle loro manutenzioni ordinarie e straordinarie. A
questo impegno sono chiamate le aziende che operano a livello comunale o sovracomunale
(municipalizzate, ex municipalizzate, consorzi, ecc.).
In questo quadro il metodo di indagine indiretta GPR (Ground Probing Radar) rientra a pieno
titolo nelle tecniche suggerite di analisi e indagine preliminare.
Su enunciazione della Finanziaria 2000, relativamente alla redazione di un Fascicolo del
Fabbricato per ogni edificio del territorio italiano, il Comune di Roma (primo comune in Italia) ha
approvato la disciplinare che regola le modalità di redazione del Fascicolo fabbricato con delibera
n°473 del 5 maggio 2000.
L’applicazione di sistemi non distruttivi per la ricerca di condutture d’acqua nelle murature negli
impalcati, e nelle adiacenze di strutture di fondazione degli Edifici Monumentali, nasce come
necessario completamento per l’adeguamento alle Norme Sicurezza di Edifici Monumentali.
Infatti la Conservazione del Patrimonio Monumentale, soprattutto perché appartenente alle
generazioni future, è scelta di Civiltà partecipata e convinta della Comunità Internazionale.
Tale scelta di civiltà è maturata attraverso numerose dichiarazioni quali:
- Carta del Restauro di Atene 1931
“La Conservazione interessa tutti gli Stati Tutori di Civiltà”
- Carta Italiana del Restauro 1931
“Il Restauro e la Conservazione delle Opere d’arte, si elevano al grado di grande questione
nazionale”
- Art.9 della Costituzione Italiana
“La Repubblica Tutela il paesaggio e il patrimonio storico e artistico della Nazione”
- Carta del Restauro di Venezia 1964
«L’Umanità considera le opere monumentali patrimonio comune, riconoscendosi responsabile della loro
salva guardia di fronte allo generazioni future”.
“La conservazione dei monumenti è sempre favorita dalla loro utilizzazione in funzioni utili alla società”
- Carta del restauro 1972
«La conservazione deve essere intesa come:
- Salvaguardia e Prevenzione;
- Restauro propriamente detto;
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Linee guida: la tecnologia IDS nel settore georadar
- Adeguamento per Fruizioni Compatibili”
che trovano la loro definitiva consacrazione nella “Dichiarazione di Amsterdam”, del Comitato
dei Ministri del Consiglio d’Europa, a conclusione del ‘Congresso sul Patrimonio Architettonico
Europeo organizzato dal Consiglio d’Europa (Amsterdam, 21 - 25 Ottobre 1975).
Con tale documento, il Consiglio d’Europa:
- Proclama che: “II Patrimonio architettonico è un capitale spirituale, culturale, economico e sociale di
insostituibile valore”.
- Riconosce che «La conservazione del patrimonio monumentale europeo, implica la solidarietà degli
Stati”
- Riafferma: la volontà di promuovere una politica comune per la ‘Conservazione Integrata” intese come
Restauro e 5unzioni appropriate.
- Afferma: “la Conservazione Integrata richiede la messa a punto di mezzi giuridici amministrativi,
finanziari e tecnici”.
- Afferma inoltre che: è necessario aggiornare e creare gli strumenti giuridici indispensabili a tutti i
livelli: nazionale, regionale, locale, qualora le disposizioni giuridiche vigenti non permettono il
conseguimento della Conservazione Integrata”.
- Ribadisce che: «la Conservazione implica anche l’integrazione del patrimonio architettonico nella vita
sociale. (Restauro ed uso).
In particolare l’integrazione del Patrimonio Architettonico nella vita sociale dell’Uomo
contemporaneo, per usi compatibili evidentemente, implica non solo interventi di RESTAURO
ma anche interventi di ADEGUAMENTO degli stessi Edifici Monumentali alle Norme di
Sicurezza e di Salvaguardia.
Nell’ambito del quadro di riferimento costituito dalla Legge 1 Giugno 1939 n. 1089, le
disposizioni contenute nel R.D. 7 Novembre 1942 n. 1564, così come modificate ed integrate dal
Decreto del Ministro dei Beni Culturale e Ambientali, di concerto con il Ministro dell’Interno,
20 Maggio 1992 n. 569 e dal DPR 30 Giugno 1995 n. 418, tendono a salvaguardare gli Edifici
Pregevoli per Arte e/o per Storia.
Particolare ed invariata importanza per la Conservazione e la Salvaguardia è riconosciuta ed
assegnata alla conoscenza ed alla tenuta per ciascun Edificio degli “Schemi degli Impianti Tecnici”,
fra cui in particolare le “Opere sotterranee” e soprattutto gli “Impianti idraulici”.
E’ intuitivo come sia fondamentale la conoscenza della presenza di condutture di acqua, sia
reflua che meteorica all’interno di muri, impalcati, e nelle adiacenze di Edifici Monumentali, ciò
non solo per interventi di natura meramente tecnologica in caso di rotture o guasti, ma
soprattutto per pianificare interventi per la Conservazione di affreschi, dipinti, ovvero per
valutare l’opportunità di tenete quadri e arazzi, in murature nel cui spessore si riscontri la
presenza dl una conduttura di acqua.
La quasi totalità del Patrimonio Architettonico è privo soprattutto della “mappa delle
condutture”, con rischi gravissimi per la Conservazione del Patrimonio Monumentale, inteso sia
come Opere d’arte che come Edifici.
L’applicazione di “sistemi” in grado di monitorare con prove non distruttive ed ugualmente
attendibili la presenza di condutture di acqua negli Edifici Monumentali, riveste carattere
d’essenzialità, non solo e non soltanto per il rispetto della Norma di Legge, ma soprattutto per la
Conservazione e per la Salvaguardia dell’Immenso Patrimonio tramandatoci dalle Generazioni
passate.
In questo quadro si inserisce il sistema di mappatura di sottosuperfici di tipo RIS, il quale è in
grado di fornire al meglio quanto su esposto.
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