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Ground Penetrating Radar

Il GPR è uno strumento di indagine non invasivo che consente di ottenere una sezione continua del mezzo lungo il profilo investigato e di ricostruirne la struttura interna. La precisione di questo metodo di indagine è legata alla frequenza dell'impulso elettromagnetico emesso dallo strumento che va scelta in funzione della profondità presunta e delle dimensioni dell'eventuale bersaglio. Un'indagine ben condotta permette di ricavare numerose informazioni spazialmente estese in tempi rapidi e ad un costo concorrenziale rispetto ad assaggi diretti che sono di solito puntuali e invasivi per definizione.

Il funzionamento si basa sull'emissione, a brevissimi intervalli, di pacchetti d'energia (generalmente microonde) e sulla misurazione di quanta energia viene riflessa. La presenza nel mezzo da investigare di oggetti, strutture, discontinuità o comunque qualsiasi evenienza che produca una variazione nelle caratteristiche dielettriche del mezzo, genera una risposta facilmente individuabile. In questo modo si può determinare la posizione nello spazio dell'oggetto: la localizzazione sul piano avviene sulla base della linea di indagine individuata sulla planimetria, la determinazione della profondità dell'oggetto, in funzione della velocità caratteristica di propagazione dell'impulso nel mezzo, viene effettuata misurando i tempi di andata e ritorno dell'energia emessa dall'antenna.

Applicazioni

 

Analisi su manufatti in cemento armato e murature

Una delle applicazioni delle analisi GPR in campo strettamente edile è costituita dal controllo di elementi in calcestruzzo armato ed in muratura. Tali analisi consentono di indagare principalmente tre situazioni:

  • determinazione della presenza e della posizione delle armature metalliche
  • individuazione di eventuali cavità all'interno sia di strutture in c.a. sia di murature realizzate con qualsiasi tecnologia
  • localizzazione di eventuali strutture di rinforzo interne alle murature

 

Determinazione della presenza e della posizione delle armature metalliche
L'analisi sui manufatti in calcestruzzo armato, volta a determinarne le caratteristiche statiche al fine di giudicarne l'adeguatezza alle condizioni di esercizio, si limita in generale alla determinazione della resistenza caratteristica a rottura del calcestruzzo in opera e all'individuazione delle deformazioni di tali strutture sottoposte a prove di carico, deformazioni direttamente correlate alla "capacità portante della struttura".

Tutto questo può essere sufficiente (può!) nel caso di nuove edificazioni sottoposte ad un'attenta Direzione Lavori che abbia verificato durante le fasi costruttive l'effettiva correttezza del posizionamento delle armature, ma risulta pesantemente insufficiente qualora ci si trovi a dover analizzare strutture esistenti di cui si ignora la qualità edificatoria.

Un'analisi statica su una struttura esistente è infatti volta ad indagare principalmente tre possibilità:

a) se la struttura originaria, degradata per vari motivi o che presenta lesioni dovute a carenze progettuali, è ancora in grado di sopportare i carichi a cui si presume sarà sottoposta

b) se è possibile intervenire su una struttura esistente modificandola senza che questo comprometta la stabilità della stessa (si vedano per esempio i casi di rialzo di edifici)

c) se la struttura è in grado di sopportare un cambiamento di destinazione d'uso

In tutti questi casi è necessario conoscere la disposizione delle armature metalliche all'interno delle strutture portanti, poiché le sole caratteristiche del calcestruzzo risultano insufficienti ad effettuare un'analisi statica, mentre le prove di carico potrebbero avere come unico effetto quello di causare ciò che si vuole evitare ovvero il crollo dell'edificio.

Attraverso l'uso del sistema GPR ciò è possibile in modo non ditruttivo, arrivando a determinare numero, posizione e, integrato con altre strumentazioni, diametro delle armature presenti, come si può osservare dagli esempi riportati nel seguito.

Sezione di un solaio di interpiano

 

Individuazione di eventuali cavità all'interno sia di strutture in c.a. sia in murature di qualsiasi specie
Anche in questo caso il campo di indagine principale riguarda gli interventi su edifici esistenti di cui non si conoscono le caratteristiche delle murature, ma può risultare fondamentale anche per l'analisi di strutture nuove quando si vogliano avere garanzie sull'assenza di cavità interne, dovute per esempio a non adeguata vibrazione dei getti, che possano ridurre localmente la sezione reagente.

Il principale vantaggio di un'analisi svolta con il GPR rispetto ai tradizionali "carotaggi" puntuali è sicuramente la possibilità di indagare un'ampia porzione del manufatto senza danneggiarlo in alcun modo (si pensi per esempio ad edifici di valore artistico). Svolta preliminarmente permette di "mirare" l'esecuzione di carotaggi riducendone il numero.

 

Localizzazione di eventuali strutture di rinforzo interne alle murature
Questa è un'applicazione abbastanza particolare ma tutt'altro che inusuale poiché il comportamento statico delle murature è notevolmente influenzato dalla presenza o meno di elementi interni di rinforzo che ne leghino insieme gli elementi costituenti.

Tali rinforzi non sono tuttavia sempre visibili dall'esterno e questo costituisce un vincolo sia alla possibilità progettare interventi mirati sulla muratura sia alla conoscenza delle tecniche costruttive impiegate all'epoca della costruzione dell'edificio.

Molto importante è rilevare infine che lo strumento e le metodologie di indagine sono sempre le stesse e quindi con una sola indagine si posso indagare contemporaneamente tutti gli elementi prima individuati

 

Indagini pre-scavo
Utilizzando il GPR è possibile: definire la stratigrafia del primo sottosuolo (max. 5 m), individuare cavità, faglie e fratture, individuare il livello di falda, la profondità del substrato roccioso e ovviamente eventuali strutture/manufatti sotterranee sconosciute.

L'approccio tradizionale alle indagini del sottosuolo, consiste nell'effettuare sondaggi campione di terreno (indagini geognostiche). Tuttavia questo metodo è dispendioso sia in termini di tempo sia di costi effettivi, inoltre produce risultati puntuali. Altri metodi, come la sismica a rifrazione, la geolettrica, la magnetica, richiedono lunghe ed elaborate procedure di acquisizione, inoltre forniscono dati con una risoluzione inferiore rispetto ai dati radar.

Integrando l'indagine radar con una sola prospezione, per ricavare i parametri di taratura, è possibile avere in tempi brevi una mappatura completa e ad alta risoluzione del sottosuolo di tutta l'area di scavo.

Quanto detto trova applicazioni in vari campi quali ad esempio la sicurezza nei cantieri, l'eliminazione dei costi imprevisti per l'intercettazione di sottoservizi e quindi preventivi più accurati, la possibilità di ottenere dalle assicurazioni polizze più convenienti, analizziamo più nel dettaglio i vari aspetti.

 

Sicurezza nei cantieri
La normativa di settore definisce nel dettaglio i contenuti del piano di sicurezza e coordinamento redatto dal coordinatore in fase di progettazione, e cita, all'art. 12 lettera d), che detto piano deve contenere: "protezioni o misure di sicurezza connesse alla presenza nell'area di cantiere di linee aeree e condutture sotterranee".

L'articolo è molto chiaro, risulta peraltro palese la difficoltà di predisporre misure di sicurezza nei confronti di cose come la presenza, il tracciato e la tipologia di condutture interrate di cui nella maggior parte dei casi si è totalmente all'oscuro.

Ecco dunque la necessità di effettuare analisi preventive (eventualmente imputabili ai costi per la sicurezza) volte alla determinazione del reale stato di fatto.

Sempre il predetto articolo, ma anche la logica, prescrive di adottare provvedimenti contro il rischio di seppellimento, di caduta ecc.., ora tutti questi rischi diventano molto significativi nel caso di sospetto di cavità sotterranee sconosciute all'interno del cantiere, le quali cedendo sotto il peso dei macchinari e dei materiali possono far sprofondare uomini e mezzi nel sottosuolo.

 

Eliminazione costi imprevisti
Uno dei fattori cruciali nella redazione del preventivo dei lavori è sicuramente la stima dei costi dovuti ad eventi imprevisti. Generalmente si effettua una sovrastima dei costi proprio per essere al sicuro da inconvenienti. Ma avendo a disposizione una descrizione dettagliata delle condizioni del terreno interessato dallo scavo, è possibile realizzare preventivi più accurati. Tutto ciò comporta, nel caso non ci siano problemi nel sottosuolo, un preventivo di importo minore poiché vengono eliminati i costi imprevisti, ma anche nel caso siano presenti particolari problemi si hanno dei vantaggi, poiché si è in grado, prima di iniziare gli scavi, di pianificare gli interventi necessari senza perdite di tempo e denaro.

Le possibilità offerte dall'uso del GPR a questo proposito riguardano l.individuazione di manufatti e strutture sepolte (resti archeologici, tubazioni, ecc.), la ricostruzione dell'andamento di eventuali strati rocciosi e quindi la determinazione delle percentuali di scavo in roccia e in terra, la localizzazione della eventuale falda superficiale. Tutto questo viene realizzato con una sola indagine relativa a tutta l'area interessata, diversamente da come può essere ottenuto con altre tecniche, che richiedono più misurazioni e restituiscono generalmente informazioni di tipo puntuale.

 

Assicurazioni
Un aspetto molto interessante, che attualmente è in fase di valutazione, riguarda la possibilità di trovare un accordo con le assicurazioni che preveda la diminuzione dei premi assicurativi per quelle imprese che si avvalgano delle metodologie di indagine preliminare sopra descritta.

Aumentare il fattore di sicurezza nei lavori si traduce in una diminuzione del fattore di rischio da parte dell'ente assicurativo ed è quindi auspicabile una revisione verso il basso dell'importo del premio dovuto dall'impresa di costruzioni.

 

Analisi asfalto e armatura di strade, ponti e viadotti
Utilizzando il GPR è possibile: individuare armature sia metalliche sia non metalliche, esaminare l'integrità della struttura del ponte, definire lo spessore dei vari strati dell'impalcato stradale, definire l'uniformità e la consistenza dei materiali, individuare eventuali cavità.

E' allo studio la possibilità di utilizzare un veicolo per il trasporto del radar, in modo da realizzare la mappatura di massima di vaste aree, concentrandosi poi con indagini più dettagliate nelle aree che presentino anomalie potenzialmente significative.


Fig. 1 Individuazione tondini


Fig. 2 Monitoraggio strade

 

Individuazione sottoservizi
Sicuramente l'individuazione della posizione delle tubazioni interrate di qualsiasi natura rappresenta uno dei campi principali di utilizzo delle indagini basate sulla tecnologia GPR.

Chiunque, nella propria vita professionale o da semplice cittadino, si sia imbattuto in lavori connessi con sottoservizi di qualunque genere avrà sicuramente constatato lo stato di incredibile confusione che regna in quella fascia di terreno che va da sotto i nostri piedi fino a circa 3 metri di profondità.

Raramente si è in grado di sapere con precisione dove passano le varie tubazioni e spesso è anche difficile individuare con sicurezza il numero di condotte che "transitano" sotto una qualsiasi delle nostre strade.

Tale situazione è ovviamente insostenibile in un'epoca come la nostra dove la presenza di cavi, tubi e linee interrate è in continuo aumento e dove per contro la tendenza normativa è quella che mira alla creazione di progetti "blindati" in cui tutto viene deciso prima e le modifiche, i ritardi o gli aumenti di costo sono praticamente inammissibili.

Tutto questo necessita di informazioni precise e accessibili sullo stato di fatto, senza contare che il conoscere lo stato di fatto consente di fare progetti che verranno realizzati come sono stati pensati e non con un'infinità di varianti estemporanee rispetto al tracciato originale, permettendo così di tenere più facilmente aggiornata la mappatura dei propri sottoservizi nel sottosuolo.

Il processo in questione è lento e complicato ma conviene a tutti, conviene ai progettisti che potranno avere a disposizione i dati di cui necessitano per una corretta progettazione o per scongiurare rischi durante le lavorazioni, conviene agli enti gestori perché il sapere con precisione posizione e tipo delle loro tubazioni o linee permette di ottimizzarne la gestione e di limitare al minimo i rischi di danneggiamento delle proprie reti, conviene alle imprese perché puntualmente ogni volta che si scava il rischio di tranciare o danneggiare qualche sottoservizio non segnalato è molto elevato come sono elevati i corrispondenti risarcimenti o assicurazioni che le imprese devono per tali motivi pagare, conviene infine ai cittadini che vedrebbero ridursi drasticamente i tempi delle lavorazioni sulle strade (ed i conseguenti disagi) eliminando tutti quei tempi morti causati da rotture e riadattamenti.

Ma come intervenire?

L'ideale sarebbe creare una mappa completa dei sottoservizi precisa ed aggiornata in possesso dei vari enti ed un domani del comune, ma in alternativa è possibile effettuare analisi mirate alla determinazione dello stato di fatto in zone limitate oggetto dell'intervento in progetto, il tutto prima di iniziare a scavare.

Tutto ciò utilizzando le analisi tomografiche con GPR, eventualmente abbinato ad altre metodologie di indagine, è fattibile con costi e tempi ragionevoli arrivando ad errori di posizionamento delle condotte fino a pochi centimetri.

Analisi bidimensionali in area urbana

 

Analisi tridimensionale

 

Analisi ambientali
Le applicazioni del GPR in questo campo appartengono principalmente a due categorie: analisi di siti contaminati, individuazione di manufatti sepolti. Utilizzando il GPR, in alcune condizioni, è possibile: individuare la falda, gli strati di argilla, il substrato roccioso, fratture, cavità e la presenza di particolari contaminanti come ad esempio idrocarburi (Fig. 1).

E' inoltre possibile localizzare fusti e serbatoi sepolti, anche al di sotto di piazzali e coperture in calcestruzzo o altro materiale non metallico.



Esempio di contaminazione da idrocarburi



Fusti sepolti

 

Archeologia
Utilizzando il GPR è possibile: individuare manufatti sepolti, mappare strutture e fondazioni in modo non distruttivo, delineare il tracciato di antiche strade e villaggi, localizzare siti di sepoltura e tombe, individuare tunnel e stanze.

Potendo analizzare profondità che vanno da pochi centimetri a una decina di metri (in condizioni favorevoli), è possibile localizzare le aree di interesse per pianificare gli scavi in modo che risultino il meno intrusivi possibile rispetto ai manufatti sepolti.



Muri



Tomba

 

Individuazione ordigni sepolti
Utilizzando il GPR è possibile localizzare oggetti sia metallici sia non metallici, inoltre la visualizzazione su monitor in tempo reale permette di individuare e recintare rapidamente le aree in cui procedere con maggior cautela. La successiva identificazione degli oggetti è subordinata al contesto e alla ricerca approfondita delle informazioni relative alle attività pregresse svolte in situ.

Ordigni sepolti

 

Indagini Forensi
Si segnala infine la possibilità di utilizzo delle indagini con georadar anche in relazione ad indagini giudiziarie, per esempio per localizzare armi nascoste nel sottosuolo, o nascondigli (cavità) per droga o merci rubate.

testo e immagini a cura del dott. Ing. Maurizio LUALDI

 

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