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Monitorare superfici murarie in profondità con il Ground Penetrating Radar 3D

Le tecniche di rilevamento classiche come la fotogrammetria o il laser scanner vengono attualmente utilizzate per analisi di superfici murarie il cui degrado interno però non è visibile. Una possibile investigazione, oltre il visibile, può essere offerta dagli strumenti geofisici, recentemente portati alla ribalta come un potenziale approccio per osservare la variazione delle proprietà dei materiale sotto le superfici di murature ed esaminare i modelli di deterioramento attraverso le sezioni delle pareti. 

Sono molti ormai gli esempi realizzati nel mondo in questa direzione di ricerca. Tra questi vi proponiamo lo studio effettuato con un Radar a penetrazione del suolo (GPR) per ispezionare le condizioni del sottosuolo della sezione di muro di una parete storica di una chiesa, dove si possono osservare aree di disintegrazione granulare e desquamazione di blocchi in arenaria. 

Il 3DGPR è stato selezionato per questo compito, poiché l'uso di griglie regolari durante la raccolta dei dati lo rende più adatto per il rilevamento all'interno di un'area. Tre antenne ad alta frequenza, 1,2 Ghz, 1,6 Ghz e 2,3 Ghz, hanno attraversato l'area di studio in una serie di griglie da 80 cm per 80 cm. I dati sono stati raccolti all'interno di un sistema CAD-GIS, dove le caratteristiche osservate sono state annotate su uno schema della superficie della parete. Gli output 3DGPR hanno identificato anomalie all'interno di questa struttura che non avrebbero potuto essere interpretate facilmente usando un normale 2DGPR. Tuttavia, poiché il 3DGPR si basa su tecniche interpolative per stimare i ritorni tra le osservazioni, è necessario testare la validità delle caratteristiche rilevate.
I risultati di questa applicazione di 3DGPR hanno identificato la risposta agli agenti atmosferici variabile attraverso la sezione del muro, relativamente all'elevazione. Queste osservazioni sono state utilizzate per sviluppare un modello concettuale che collega questi risultati alle variazioni stagionali nell'aumento capillare delle acque sotterranee, verso l'alto dalla base del muro della chiesa.
In questo studio, è stato osservato che il 3DGPR, ad una certa gamma di frequenze, genera un output adatto all'interpretazione delle risposte agli agenti atmosferici. Ciò ha permesso agli autori di identificare tre aree che danno diverse risposte agli agenti atmosferici all'interno di questa sezione del muro.
La sezione superiore, in cui il deterioramento è stato meno grave di quello riscontrato dal materiale circostante.
La sezione centrale, dove il deterioramento è stato maggiore, mostra i nuclei di materiale esposto alle intemperie al centro di ciascun blocco. Si ritiene che il deterioramento osservato sia il risultato dello stress sul blocco creato dalla frequente bagnatura e asciugatura.
La sezione di base, ricoperta di muschio e bagnata al tatto,tuttavia mostra un minor deterioramento sia in superficie che nei risultati GPR.

E' interessante notare che a una profondità di 15 cm, i ritorni hanno raggiunto il riempimento di macerie e le anomalie diventano difficili da interpretare a causa della complessità della risposta dalla miscela non ordinata di macerie, ghiaia e piccoli spazi vuoti.
I risultati sono stati georeferenziati all'interno di un CAD-GIS per consentire all'operatore di navigare attraverso ciascuna delle profondità del segnale e delle frequenze dell'antenna in un contesto spaziale. Utilizzando questo approccio, è stato possibile annotare un piano del muro con caratteristiche identificate con ciascuna delle tre antenne come da figura seguente:

heritage 02 00173 g005

I risultati mostrano come sia possibile utilizzare il GPR per meglio comprendere i processi di degrado del patrimonio culturale, quando sia possibile trasformare il complesso messaggio del Radar in schemi classici di rappresentazione.

Per approfondire:

Johnston, B., Ruffell, A., Warke, P., & McKinley, J. (2019). 3DGPR for the Non-Destructive Monitoring of Subsurface Weathering of Sandstone Masonry. Heritage, 2(4), 2802-2813. https://doi.org/10.3390/heritage2040173

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