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Il georadar per lo studio del sottosuolo

Più che mai attuale, il georadar è il nuovo alleato per la verifica di manti stradali, il rilievo di cavità, sottoservizi e indagini nel sottosuolo

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Il georadar, noto anche GPR (Ground Penetrating Radar), è uno strumento di indagine non invasiva che utilizza onde elettromagnetiche con frequenze che vanno da pochi MHz ai GHz.

Immagini

  • La verifica della presenza di tondini nel calcestruzzo
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    La verifica della presenza di tondini nel calcestruzzo
  • Le applicazioni del georadar vanno dal rilievo degli spessori del manto stradale, alla ricerca di cavità e oggetti sepolti, alla mappatura dei sottoservizi, fino all’archeologia profonda
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    Le applicazioni del georadar vanno dal rilievo degli spessori del manto stradale, alla ricerca di cavità e oggetti sepolti, alla mappatura dei sottoservizi, fino all’archeologia profonda
  • Le applicazioni del georadar vanno dal rilievo degli spessori del manto stradale, alla ricerca di cavità e oggetti sepolti, alla mappatura dei sottoservizi, fino all’archeologia profonda
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    Le applicazioni del georadar vanno dal rilievo degli spessori del manto stradale, alla ricerca di cavità e oggetti sepolti, alla mappatura dei sottoservizi, fino all’archeologia profonda
  • La profondità d’indagine dipende dalle condizioni del terreno, in particolare dalla compattezza e dall’umidità
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    La profondità d’indagine dipende dalle condizioni del terreno, in particolare dalla compattezza e dall’umidità
  • Gli scavi hanno portato alla luce due tipologie di infrastrutture disposte perpendicolarmente l’una rispetto all’altra: il cavo bianco e il tubo verde
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    Gli scavi hanno portato alla luce due tipologie di infrastrutture disposte perpendicolarmente l’una rispetto all’altra: il cavo bianco e il tubo verde
  • L’area interessata dagli scavi
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    L’area interessata dagli scavi
  • Un’immagine del profilo radar acquisito: in particolare, è visualizzato un dato non ancora processato. Sull’asse orizzontale delle ascisse è riportata la lunghezza del profilo acquisito e sull’asse verticale delle ordinate la profondità raggiunta
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    Un’immagine del profilo radar acquisito: in particolare, è visualizzato un dato non ancora processato. Sull’asse orizzontale delle ascisse è riportata la lunghezza del profilo acquisito e sull’asse verticale delle ordinate la profondità raggiunta
  • Un’immagine del profilo radar acquisito: in particolare, è visualizzato il dato elaborato. Sull’asse orizzontale delle ascisse è riportata la lunghezza del profilo acquisito e sull’asse verticale delle ordinate la profondità raggiunta
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    Un’immagine del profilo radar acquisito: in particolare, è visualizzato il dato elaborato. Sull’asse orizzontale delle ascisse è riportata la lunghezza del profilo acquisito e sull’asse verticale delle ordinate la profondità raggiunta
  • La rappresentazione tridimensionale dei profili acquisiti con georadar. I servizi 1 (il tubo verde) e 2 (il cavo bianco) sono emersi in fase di scavo
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    La rappresentazione tridimensionale dei profili acquisiti con georadar. I servizi 1 (il tubo verde) e 2 (il cavo bianco) sono emersi in fase di scavo

È ampiamente usato su vari materiali: strutture, strade, terreni di vario tipo, rocce, ghiaccio e acqua dolce.

Come funziona?

Un’antenna trasmette nel mezzo indagato impulsi elettromagnetici.

Quando le onde incontrano due materiali con caratteristiche fisiche diverse (definite dalla costante dielettrica), una parte del segnale si propaga nel secondo mezzo e l’altra viene riflessa e rilevata dall’antenna ricevente. 

L’emissione delle onde elettromagnetiche è solitamente comandata da un odometro che per ogni frazione di giro abilita la trasmissione del segnale. Quando si effettua un’acquisizione lungo un profilo si ottiene una rappresentazione bidimensionale, cioè una sezione del materiale indagato. Effettuando profili paralleli si ottiene una rappresentazione tridimensionale del suolo. La praticità d’uso e la velocità di acquisizione rendono questo strumento ampiamente utilizzato. I campi di applicazioni sono numerosi: infatti, il georadar è utilizzato per rilievi ambientali, mappatura delle infrastrutture nel sottosuolo, ricerca di cavità, determinazione degli spessori in un materiale, indagini archeologiche e forensi. In ambito di ingegneria edile e civile è utilizzato per determinare cavità, fondazioni, spessori delle strutture, individuazione e mappatura delle armature nel cemento. 

In Piazza Duomo a Milano è stato fondamentale per ritrovare dei passaggi sotterranei nascosti sotto la statua di Vittorio Emanuele. A seconda dell’obiettivo si usano antenne con frequenze diverse: ad esempio per determinare lo spessore dell’asfalto e dei primi strati vengono usate antenne ad alta frequenza (1-2 GHz). 

Maggiore è la frequenza dell’antenna utilizzata maggiore sarà la risoluzione del dato, ma minore la profondità di indagine. Viceversa, frequenze più basse permettono profondità maggiori, ma perdono in risoluzione.

Il monitoraggio per la gestione delle reti stradali

È una tecnologia che venne usata per la prima volta in campo militare durante la guerra del Vietnam per la ricerca dei tunnel dei Vietcong. Ancora oggi la ricerca dei vuoti è un tema di grande interesse, basti solo pensare alle cavità che si formano lungo le strade in città. Il georadar potrebbe giovare enormemente se usato regolarmente come tecnologia di monitoraggio e supporto alla gestione delle grandi arterie stradali. 

Infatti è usato per indagare lo stato di conservazione di strade, tunnel, massicciate ferroviarie e per determinare eventuali anomalie.

Le strade sono un ambito territoriale sottoposto a fattori che ne favoriscono il deterioramento. Una corretta politica di gestione e il semplice utilizzo di tecnologie già esistenti aiuterebbe a preservare lo stato di salute delle infrastrutture.

Il georadar per la mappatura dei sottoservizi

Lo IATT – Italian Association for Trenchless Technologies – ha recentemente favorito la pubblicazione della prassi di riferimento UNI/PdR 7 “Tecnologia di realizzazione delle infrastrutture interrate a basso impatto ambientale – Sistemi di minitrincea”.

La Prassi di Riferimento (PdR), ancorché scaricabile gratuitamente, è un documento tecnico di pari dignità delle Norme emanate dall’UNI, quindi è un valido riferimento sia a livello nazionale che internazionale. La direzione di questa prassi è ben precisa: utilizzare il georadar per la mappatura dei sottoservizi.

Infatti il sottosuolo è ricco di infrastrutture, un groviglio di reti nel quale è difficile lavorare in fase progettuale, di scavo e posa. L’uso del georadar è già preferito per una questione di riduzione dei costi e dei disagi. Basti pensare al danno causato dall’interruzione di un servizio di telecomunicazioni in fibre ottiche per una rottura accidentale in fase di scavo, oltre ai disagi creati agli esercizi commerciali per l’interruzione o rallentamento della viabilità. Il georadar permette di effettuare indagini non invasive, quindi di conoscere la presenza di oggetti nel sottosuolo.

Per illustrarne meglio le potenzialità vediamo un caso pratico nel quale sono state effettuate delle acquisizioni con il georadar e i risultati sono stati confrontati con la realtà. Alcuni scavi effettuati nella periferia Ovest di Milano hanno portato in luce due servizi, disposti perpendicolarmente l’uno rispetto all’altro e a quote diverse.

I rilievi sono stati condotti con un’antenna GSSI UtilityScan DF a doppia frequenza (300-800 MHz), su un’area 6×4 m. Sono stati acquisiti dei profili longitudinali e trasversali ogni 50 cm per avere la sicurezza di rilevare tutti i sottoservizi.

Gli spazi utili per effettuare i rilievi erano minimi, l’utilizzo del sistema con carrello ha permesso di condurre le acquisizioni facilmente. Usando due frequenze diverse sulla stessa antenna è stato possibile acquisire due dati sullo stesso profilo, dimezzando i tempi rispetto all’uso di due singole antenne. È necessario elaborare i profili acquisiti per interpretare il dato.

Nel primo caso è impossibile determinare la presenza di oggetti nel suolo. Attraverso l’analisi delle iperboli di diffrazione (che indicano una possibile presenza di oggetti lineari come le infrastrutture interrate) e la loro distribuzione spaziale nei profili, è possibile determinare la presenza e la distribuzione di oggetti sepolti. Nell’area rilevata sono stati individuate sette infrastrutture. Gli scavi, che hanno interessato solo una parte della superficie indagata, hanno messo in luce solo due di questi servizi. I benefici di un’indagine non invasiva sono molteplici: può essere usato in fase preliminare per progettare l’architettura delle reti e rendere la fase di scavo più sicura ed efficiente. Infine anche il cittadino ne beneficia con conseguente riduzione dei disagi. Per effettuare un’indagine georadar non è stato necessario richiedere permessi o interrompere il passaggio di pedoni o auto.

Conclusioni

La necessità di aumentare l’efficienza dei lavori, il bisogno di ridurre i problemi connessi agli scavi incontrano la risposta che proviene dall’uso di tecnologie non invasive. Per chiudere cito quello che disse un bambino riguardo al georadar, penso che sia la sintesi migliore: “È come avere una finestra nel terreno e guardarci dentro!”.