GEORADAR-NEDESTRUKTIVNA RAZISKOVALNA METODA

GEORADAR-NEDESTRUKTIVNA RAZISKOVALNA METODAMilan Živanović ∗POVZETEKGeoradar predstavlja preverjeno nedestruktivno mersko tehniko za preiskave naravnih in umetnihmedijev debeline od nekaj centimetrov do nekaj desetin metrov. Z georadarjem se uspešno prodre vpreiskani medij (hribina ali zemljina) in prikažejo lege in debeline plasti, položaji razpok in prazninznotraj hribine. Georadarsko merjenje je učinkovit način, ki omogoča preiskavo plasti voziščnekonstrukcije (asfalt, tampon), posteljice in intaktne podlage ter hitro, učinkovito in dovolj natančnodoločitev položaja podzemnih napeljav v prostoru. S ponavljanjem meritev v času (monitoring) jemožno opazovati spremembe elektromagnetnih/geomehanskih lastnosti (kot na primer v plastehcestnega telesa) in s tem delovati preventivno.SPLOŠNOGeoradar (Ground Penetrating Radar - GPR) je preverjena nedestruktivna geofizikalnametoda za raziskavo naravnih in umetnih struktur. Metoda temelji na oddajanjuvisokofrekvenčnih elektromagnetnih valov in zapisu odbojev le-teh iz bližnje prostorskonadzorovane okolice. Georadarske meritve je možno izvajati na dva načina:S klasično refleksijsko mersko tehnikoS preslikavo (georadarska tomografija).Pri klasični refleksijski merski tehniki je med oddajno in sprejemno anteno kratkamedsebojna razdalja. Meritve se izvajajo s premikanjem položaja anten oziroma v temprimeru oddajno-sprejemne antene. Zmogljivost antene je taka, da več kot 200 x /sec oddain sprejme nazaj odbite elektromagnetne valove. Mejo med dvema medijema, ki serazlikujeta po različni hitrosti širjenja elektromagnetnih valov ter po elektromagnetnipermeabilnosti, je možno ugotoviti s pomočjo zakonov valovne fizike. Ko oddanielektromagnetni signal doseže elektromagnetno mejo, se del energije odbije in registrira ssprejemno anteno, del pa nadaljuje širjenje skozi medij do naslednje elektromagnetnemeje, kjer se ponovno del energije odbije in registrira. S tehničnega vidika georadarskiinštrument sešteje 4, 8 ali 16 zaporednih oddanih oziroma odbitih impulzov in jih zapišekot en signal, kar povečuje zanesljivost merskih podatkov. S spreminjanjem položajaoddajno-sprejemne antene se zgradi zvezni profil s kontrolirano enako gostoto zapisanihsignalov vzdolž profila.Delovno frekvenčno območje georadarja je od 25 MHz do 1,5 GHz (25*10 6 Hz -1,5*10 9 Hz). S povečanjem oddajno-sprejemne frekvence signala se povečuje vertikalnaločljivost, s tem pa se zmanjšuje globina dosega elektromagnetnih valov v istem mediju.Vertikalna ločljivost je najmanjša vertikalna oddaljenost, na kateri je možno dvageoradarska odboja obravnavati kot dve ločeni georadarski meji. Izbor oddajno-sprejemne∗ univ.dipl.ing.geofizike, ZRMK-TIG d.o.o, Tehnološki inštitut za graditeljstvo, Dimičeva12, 1000 Ljubljana21

dvojni čas (nsec)frekvence je običajno kompromis med željeno globino meritev in željeno vertikalnoločljivostjo elektromagnetnih anomalij.c e vm e j a m e d d v e m a m e d i j e m ap r i n c i p m e r i t e vr a z d a l j a ( m )t e o r e t i č n i r e z u l t a tSlika 1: Princip dela georadarjaMerjeni parameter pri georadarskih meritvah je dvojni čas potovanja vala, izražen vnanosekundah (10 -9 sec). S poznavanjem in/ali s postopki obdelave podatkov pridobljenihhitrosti širjenja elektromagnetnega valovanja skozi medij ali medije, se časovni merskiprofili pretvorijo v globinske sekcije.ZNAČILNOSTI GEORADARSKIH RAZISKAVGeoradarske raziskave se uporabljajo za reševanje različnih nalog. Značilnostigeoradarske metode, ki so pripomogle k njeni uveljavitvi, so:Nedestruktivnost; vse georadarske meritve se izvajajo brez posega v medij, takoda ne povzročajo oslabljenja ali poškodovanja medija. To je zelo pomembno priraziskavah betonskih pregrad, tunelskih betonskih oblog, mostov ali voziščnihkonstrukcij na cestah.Meritve so »in situ«; izvajajo se na intaktnih medijih v njihovem naravnemstanju, tako da posredujejo dejanske geofizikalne merske parametre.Neomejen pristop in ponovljivost meritev; meritve je možno izvajati brezomejitev in jih neštetokrat ponoviti z isto mersko opremo, upoštevajoč enakevhodne merske parametre (enako časovno okno snemanja in frekvenčnoobmočje, ojačitve signalov, itd.).22

Primerjava merskih podatkov, izmerjenih na istih merskih mestih, in njihovaobjektivnost; časovno ponavljanje meritev dopušča opazovanje sprememblastnosti v opazovanem mediju ter njihovo spreminjanje (slabljenje) v času. To jezelo pomembno pri betonskih objektih (pregrade, avtocestni objekti, itd.) ali priopazovanju materialov, vgrajenih v voziščne konstrukcije na cestah.Zveznost in prostornost zajema podatkov; merski podatki so 2D časovne sekcije(profili) poljubne oz. zahtevane dolžine, ki se z obdelavo pretvori v 2D globinskesekcije, z izvajanjem več paralelnih profilov pa je možno podatke obravnavati inprikazovati kot 3D.Spreminjanje elektromagnetnih parametrov v istem mediju; v hribinah aliumetnih zmeseh (beton, asfalt, idr.) je možno ugotoviti položaje razpok, sistemrazpok ali večjih praznin. V nevezanih plasteh ali zmeseh (prod, pesek) je možnougotoviti prisotnost podtalne vode.PODROČJE UPORABE GEORADARJAPodzemne napeljaveZ georadarskimi meritvami se lahko hitro, učinkovito in dovolj natančno določijopoložaji podzemnih napeljav v prostoru. Na osnovi oblike in velikosti anomalije je možnopredvideti vrsto napeljave. Primer na sliki 2 prikazuje vgrajene infrastrukurne napeljavepod plastmi voziščne konstrukcije. Zaradi izraženih sprememb elektromagnetnih lastnostisuhih in vlažnih nevezanih sedimentov v bližini vodovodnih napeljav, je možno zgeoradarskimi meritvami posredno ugotoviti mesta iztekanja vode. Prav tako je možnozaznati in opazovati iztekanje in širjenje tekočin iz podzemnih rezervoarjev v prostoru(nafte, bencina, vode idr).Slika 2: Določitev položaja podzemnih napeljavRaziskave voziščnih konstrukcij na cestah23

Georadarska merjenja so učinkovit način, s katerim se lahko prodre v cestno telo inpreišče beton, asfalt, posteljice - vrhnje (zaključne) plasti nasipa ali temeljnih tal in samnasip vse do intaktne podlage. Georadarski posnetki z visokim vertikalnim inhorizontalnim vzorčevanjem in z visoko ločljivostjo dopuščajo ugotavljanje položaja insledenje meja znotraj umetno proizvedenih zmesi (asfalt, tampon, beton), posteljice, nasipain intaktne podlage. Spremembe georadarskih parametrov znotraj iste plasti posrednokažejo tudi na geomehanske lastnosti (kompaktnost, razpokanost, večje praznine) v plasti.Izrazita občutljivost georadarskih parametrov na prisotnost vlage (podtalne vode) omogočajasno razlikovanje suhega in vlažnega dela plasti. Primer na sliki 3 prikazuje vdor podtalnevode v posteljico na delu georadarskega posnetka, kjer ni vidna meja posteljica - intaktnapodlaga. Na sliki 4 je prikazana sprememba v plasti (posteljica) pod plastmi voziščnekonstrukcije. Prekinitve zveznosti elektromagnetnega odboja te plasti kažejo naelektromagnetne (geomehanske) spremembe.V o z iš č n a k o n s tru k c ijap o s te ljic aSliki 3 in 4: GPR - raziskave voznihpovršinRaziskave v tunelihGeoradar je mogoče uporabiti za preverjanje stanja betonske obloge tunela inugotavljanje stanja hribine okoli tunela. Pri ugotavljanju stanja betonske obloge se polegocene integritete betona lahko ugotovi tudi položaj armaturne mreže v betonu, kakor tudimesta odstopanja obloge od hribine. V sami hribini je možno ugotoviti položaj in sistemlokalnih razpok ali praznin znotraj hribine ter morebitna mesta pronicanja vode.24

Raziskave hribinSkoraj vse hribine so ugoden medij za georadarske meritve. Glede na natančnostmetode in stroške je georadar najboljša rešitev za hitro presvetlitev hribinske mase. Zgeoradarjem je možno ugotoviti položaj in sisteme razpok, večje praznine znotraj hribine(slika 5) in podati oceno njenega stanja. Nadalje je možno z georadarjem ugotovitipoložaje mej med različnimi hribinami.h r ib i n ap r a z n in a¸Slika 5: Georadarske raziskave hribinRaziskava talV nevezanih plasteh je možno z georadarskimi raziskavami ugotoviti debelinoposameznih plasti in oceniti vlažnost ter globino nivoja podtalne vode. Georadar dajedobre rezultate v prodnih, prodno-peščenih in peščenih plasteh (slika 6). Za gline inlaporje georadarska metoda zaradi velikega dušenja elektromagnetnih valov ni primerna.prodna plastpeščeno-prodnata plastSlika 6: Georadarske raziskave v nevezanih kamninah25