Articolo pubblicato su Strade&Autostrade - Settembre 2020 Uno dei fattori che ha diffuso l’uso del georadar (GPR, Ground Penetrating Radar) è la sua caratteristica di indagare molteplici materiali, terreni o strutture. La tecnica georadar si basa sulla trasmissione delle onde elettromagnetiche in un mezzo e sulla ricezione degli echi di ritorno. Ad ogni cambio di materiale o - meglio - ad ogni differenza di costante dielettrica del materiale attraversato, il segnale rimbalza verso l’antenna georadar: maggiore è la differenza dielettrica tra un materiale e l’altro, più forte sarà l’ampiezza del segnale ricevuto di ritorno e più chiara la sua individuazione. Le variazioni di costante dielettrica si trovano anche all’interno di uno stesso materiale, perché dipendono anche dalla densità e dall’umidità dei materiali stessi. Proprio per questo motivo, il georadar è una tecnica usata in un ampio spettro di applicazioni: • mappatura dei sottoservizi; • indagini strutturali; • rilievi su pavimentazioni stradali, gallerie e ponti; • porti e aeroporti; • archeologia; • ricerche stratigrafiche e geologiche; • individuazione di cavità e oggetti sepolti; • rilievi ambientali; • indagini forensi; • ricerca di ordigni bellici.

1. 98 STRADE & AUTOSTRADE 5-2020 www.stradeeautostrade.it
tecnologie&sistemi Maurizio Porcu(1)
U
no dei fattori che ha diffuso l’uso del ge-
oradar (GPR, Ground Penetrating Radar) è
la sua caratteristica di indagare molteplici
materiali, terreni o strutture.
La tecnica georadar si basa sulla trasmissione
delle onde elettromagnetiche in un mezzo e sulla
ricezione degli echi di ritorno. Ad ogni cambio di
materiale o - meglio - ad ogni differenza di costan-
te dielettrica del materiale attraversato, il segnale
rimbalza verso l’antenna georadar: maggiore è la
differenza dielettrica tra un materiale e l’altro, più
forte sarà l’ampiezza del segnale ricevuto di ritor-
no e più chiara la sua individuazione.
Le variazioni di costante dielettrica si trovano
anche all’interno di uno stesso materiale, perché
dipendono anche dalla densità e dall’umidità dei
materiali stessi. Proprio per questo motivo, il ge-
oradar è una tecnica usata in un ampio spettro di applicazioni:
• mappatura dei sottoservizi;
• indagini strutturali;
• rilievi su pavimentazioni stradali, gallerie e ponti;
• porti e aeroporti;
• archeologia;
• ricerche stratigrafiche e geologiche;
• individuazione di cavità e oggetti sepolti;
• rilievi ambientali;
• indagini forensi;
• ricerca di ordigni bellici.
Il dato georadar compare come una “restituzione cromatica” se-
condo una scala di colori a scelta (in Figura 1, di tonalità grigia).
Come scritto, maggiore è la differenza di costante dielettrica
I GEORADAR VENGONO SEMPRE PIÙ UTILIZZATI PER INVESTIGARE
GALLERIE, PONTI, INFRASTRUTTURE. PERCHÉ?
UNA DIAGNOSTICA
NON INVASIVA
IN AMBITO CIVILE E STRUTTURALE
1. Il cedimento del fondo stradale evidenziato dal rilievo georadar
2. Il rilievo di una strada: dall’alto, la copertura di asfalto, la lastra di
calcestruzzo armato con i ferri ben visibili e il vuoto sottostante

2. GEORADAR
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tra i materiali, maggiore è il contrasto nell’immagine
restituita, quindi è più netto il passaggio da un ma-
teriale all’altro. Nella stessa figura, vediamo un dato
georadar acquisito su una strada urbana: lo spessore
anomalo evidenziato in rosso è dovuto al cedimento
del fondo stradale.
Lo stesso vale quando si ritrovano vuoti o cavità sot-
terranei. In Figura 2 è riportato un esempio di un
vuoto ben definito, sotto una lastra di calcestruzzo
armato (sono ben visibili i ferri di armatura) con una
copertura di asfalto.
QUALE GEORADAR USARE?
A seconda della applicazione si utilizzano diversi si-
stemi georadar.
Per rilievi puntuali, in spazi ristretti o contenuti si
scelgono georadar più compatti, con antenne a impulso, con
frequenze ben definite per usi mirati. In Figura 3 vi è un esempio
di sistema compatto per rilievi fino a 50 cm nel calcestruzzo.
Nel caso di vaste aree o quando serve avere una visione com-
pleta del sottosuolo, si utilizzano sistemi ad array con tecnica
step-frequency. Questi georadar hanno schiere di antenne che
permettono di ottenere un dato tridimensionale già in campo,
oltre ad essere molto rapidi e produttivi.
La tecnica step frequency consente con un solo rilievo di avere
tutte le frequenze disponibili da 200 MHz fino a 3 GHz, senza
dover cambiare antenna.
4. Le antenne ad alta frequenza possono distinguere i cambi di tessitura
muraria su una struttura, grazie all’alta risoluzione
3A e 3B. L’indagine georadar con un sistema ad alta frequenza
su una soletta armata rileva la posizione e la geometria dei ferri di
armatura, la loro disposizione spaziale e in quota
5. La sezione di un profilo georadar effettuato su una soletta con
pignatte che poggiano su dei travetti, entrambi ben visibili dalla
restituzione a schermo
6. Un’immagine radar dei cavi di precompressione su un ponte,
uno degli utilizzi più comuni dei sistemi georadar compatti ad alta
frequenza

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In Figura 7 si vedono i set di dati
acquisiti con sistemi georadar 3D
con tecnica step-frequency e si no-
ta il dettaglio estremo ottenibile con
questi sistemi. Tali sistemi hanno la
caratteristica di essere movimentati
anche da un autoveicolo, aumen-
tando notevolmente la capacità
produttiva di rilievo e incrementan-
do la qualità e la quantità dei dati
registrati.
Nelle Figure 8 e 9 sono illustrati dei
casi pratici di utilizzo, sia di sistemi
georadar compatti che degli array
3D con tecnica step frequency. n
(1)
Ingegnere, Tecnico
Commerciale Sistemi di geofisica
terrestre di Codevintec Italiana Srl
8. La visualizzazione del dato radar in planimetria (parte sopra) e
dato radar in sezione (parte sotto). Si vedono le stratificazioni di
un sottofondo autostradale e la composizione dell’asfalto ad una
determinata quota
La teoria GPR: cos’è la costante dielettrica
Le onde radar viaggiano a velocità diverse a seconda del materiale attraversato; qualsiasi strato di separazione tra materiali diversi
produce una riflessione, ricevuta dal georadar. Lo strumento registra il tempo necessario al ritorno del segnale e della forza di tale
riflessione. Il sistema usa queste due informazioni e le converte un dato significativo con informazione della distanza (dall’antenna)
del target che ha provocato la riflessione; per farlo correttamente, gli serve quella che è conosciuta come la costante dielettrica.
Questa costante dipende dalla velocità con cui le onde elettromagnetiche si muovono attraverso un particolare materiale.
Le costanti dielettriche, note anche come permessività dielettrica relativa, sono misurate su una scala da 1 a 81, dove 1 è la co-
stante dielettrica per l’aria (attraverso la quale le onde radar viaggiano più rapidamente) e 81 la costante per l’acqua (attraverso la
quale le onde radar viaggiano più lentamente). Gli oggetti metallici sono al di fuori della scala, poiché le onde radar non possono
penetrarli affatto; sono descritti come aventi una costante dielettrica “infinita”.
Per convertire la misura fatta dal georadar - il tempo - in quello che ci serve - la profondità - gli strumenti devono essere calibrati
con precisione, inserendo la corretta costante dielettrica del terreno che stiamo investigando. Di conseguenza, le letture di pro-
fondità dei sistemi GPR sono accurate solo quando è accurata la costante dielettrica con cui sono calibrate.
tecnologie
sistemi
9. Dal dato radar alla restituzione di interfacce degli spessori: la
visualizzazione delle interfacce di asfalto e calcestruzzo
7. I sistemi step-frequency: nelle immagini ottenute a diverse quote affiancando diversi profili
georadar paralleli, si notano perfettamente tutti gli elementi costitutivi del sottofondo stradale.
Tutti i profili sono ottenuti con un solo passaggio