Il metodo G.P.R. (Ground Penetrating Radar) è una tecnica diagnostica geofisica non distruttiva, relativamente recente, che consente di ottenere immagini del sottosuolo fino ad una profondità di diversi metri. Le immagini (radargrammi) sono ottenute mediante l’utilizzo di onde elettromagnetiche che vengono immesse, riflesse e ricevute da un’antenna che viene trascinata sulla superficie del materiale da investigare. Generalmente si utilizzano sistemi mono antenna con frequenze standard comprese tra 100 MHz e 2600 MHz, in ordine crescente di risoluzione e decrescente di profondità d’indagine ottenibili.
I sistemi georadar tradizionali impiegano antenne monocanale che forniscono un singolo profilo (radargramma) per ogni strisciata effettuata all’interno della superficie di interesse.
La nuova generazione di sistemi georadar multicanale (multi-array ) utilizzano schiere di dipoli affiancati e realizzano una scansione del sottosuolo a copertura totale, ovvero basata sull’acquisizione simultanea di più profili paralleli intervallati da distanze centimetriche. Il sistema georadar multiantenna IDS Stream C, di recente acquisizione, integra in un’unica antenna 32 dipoli da 600 MHz con doppia polarizzazione (23VV+9HH), consentendo di registrare simultaneamente 32 radargrammi paralleli, spaziati in modo uniforme in modo da coprire una fascia di circa un metro di larghezza: con un unico passaggio si riescono a rilevare anomalie trasversali e longitudinali, senza la necessità di eseguire ulteriori acquisizioni incrociate riducendo notevolmente i tempi di acquisizione, ma migliorando notevolmente il dettaglio del rilievo. Il sistema può essere accoppiato ad un’antenna GPS, indispensabile per un rilievo ad elevata risoluzione nella mappatura di sottoservizi.
Il radar (Radio Detecting And Ranging), cioè radio rivelatore e misuratore di distanza, nella sua definizione più generale, è una apparecchiatura che permette di rilevare la posizione di un oggetto dal confronto tra un segnale di riferimento emesso dal trasmettitore e quello riflesso dall’oggetto (bersaglio) di cui si deve determinare la posizione. Per questo scopo si utilizzano delle onde elettromagnetiche con frequenze normalmente comprese tra qualche centinaia di MHz ed alcune decine di GHz (le corrispondenti lunghezze d’onda nel vuoto sono 1 m per i 300 MHz, e 1 mm per i 300 GHz).
Il parametro misurato è il tempo di propagazione dell’onda che, a seguito dell’intercettazione di ostacoli e discontinuità, ritorna in superficie e viene captata dall’antenna come eco riflesso. Mentre nell’aria l’onda elettromagnetica si propaga alla velocità di 300.000 Km/s, cioè di 30 cm/ns, nei materiali solidi e liquidi, essa è di gran lunga inferiore, tipicamente variabile tra 5 e 15 cm/ns a seconda delle caratteristiche del mezzo stesso.
L’immagine grafica prodotta su monitor dagli echi riflessi è una sezione bidimensionale della superficie indagata in cui l’asse orizzontale rappresenta il tragitto coperto dall’antenna lungo la superficie del mezzo investigato, mentre quello verticale rappresenta i tempi necessari all’onda per coprire lo spazio, di andata e ritorno, che separa la superficie esterna dai punti di discontinuità che hanno provocato le riflessioni.
Le proprietà fisiche dei materiali che governano la propagazione delle onde elettromagnetiche sono la costante dielettrica e l’attenuazione.
La costante dielettrica relativa (εr) è un parametro che esprime il rapporto tra la velocità degli impulsi elettromagnetici nel vuoto e nel materiale in oggetto.
L’attenuazione esprime invece la diminuzione dell’intensità del segnale per unità di lunghezza percorsa all’interno del materiale. Essa può essere considerata una funzione complessa della conducibilità elettrica, un’altra caratteristica fisica dei materiali, ed è espressa in dB/m. In generale è possibile affermare che la profondità di indagine massima ottenibile in un determinato materiale dipende dal suo valore di attenuazione. Valori elevati per i materiali caratterizzati da alta conducibilità elettrica, quali limi, argille, materiali cristallini solubili, metalli e acque saline; valori bassi sono invece caratteristici di rocce cristalline, ghiaie, sabbie e acque demineralizzate. La Tabella di fianco riporta i valori della costante dielettrica relativa e dell’attenuazione (in dB/m) per alcuni materiali più comuni. Si può notare come la presenza di acqua sia responsabile dell’aumento dei valori di entrambi i parametri, sebbene con intensità diversa nei vari materiali.
I materiali caratterizzati da elevati valori di attenuazione limitano in modo determinante la profondità di indagine; nelle argille plastiche, ad esempio, essa è ridotta a pochi centimetri e nel metalli praticamente nulla. Per contro, i materiali ad elevato valore di attenuazione sono ottimi bersagli, in quanto riflettono buona parte della radiazione incidente. Risoluzione e profondità d’indagine dipendono anche dalla frequenza delle onde elettromagnetiche utilizzate.
Una volta ottenuta l’immagine strumentale sintetica, costituita da una serie di echi successivi si tratta, ove sia possibile, di interpretare le particolarità grafiche della natura e forma di ogni elemento perturbatore.
La fase interpretativa comporta un trattamento digitale del segnale con apposito software. La sequenza di elaborazione consiste inizialmente in una serie di filtraggi matematici, seguita da successive amplificazioni o attenuazioni di determinate porzioni del segnale.
