GEORADAR: applicazioni ingegneristiche finalizzate alla difesa idraulica del territorio

L’oggetto di questo lavoro è la verifica dell’applicabilità e dell’efficacia del GPR per identificare la presenza di cavità scavate da animali all’interno di manufatti arginali. In particolare, sono stati messi in luce soprattutto i limiti e le potenzialità di questa tecnica rispetto alle diverse condizioni ambientali nelle quali ci si trova ad operare e al grado di risoluzione del problema.

Resultados preliminares en la caracterización geométrica 3D de un litosoma arenoso de progradación deltaica mediante Georadar (GPR) (Fm. Arenisca de Roda, Eoceno, Cuenca de Graus-Tremp).

A set of GPR profiles have been recorded in order to determine the 3D geometry of a prograding delta-front sandbody (Roda sandstone formation, Eocene, Graus-Tremp basin). Common Mid Points (CMP) also have been recorded to obtain the velocity of the electromagnetic wave in ground. In order to build the topsurface of a 3D prism a set of topographic points have been acquired. Most of the GPR profiles are oriented parallel to the progradation direction (NNE-SSW) and show the expected geometries. The 3D prism has been built from the individual profiles, which shows the three dimensional geometry of the sandy lithosome.

Um estudo das condições de percolação e estabilidade em barragens de terra mediante métodos geofísicos: caso do dique de Sant Llorenç de Montgai - Espanha

The monitoring of Earth dam makes use of visual inspection and instrumentation to identify and characterize the deterioration that compromises the security of earth dams and associated structures. The visual inspection is subjective and can lead to misinterpretation or omission of important information and, some problems are detected too late. The instrumentation are efficient but certain technical or operational issues can cause restrictions. Thereby, visual inspections and instrumentation can lead to a lack of information. Geophysics offers consolidated, low-cost methods that are non-invasive, non-destructive and low cost. They have a strong potential and can be used assisting instrumentation. In the case that a visual inspection and strumentation does not provide all the necessary information, geophysical methods would provide more complete and relevant information. In order to test these theories, geophysical acquisitions were performed using Georadar (GPR), Electric resistivity, Seismic refraction, and Refraction Microtremor (ReMi) on the dike of the dam in Sant Llorenç de Montgai, located in the province of Lleida, 145 km from Barcelona, Catalonia. The results confirmed that the geophysical methods used each responded satisfactorily to the conditions of the earth dike, the anomalies present and the geological features found, such as alluvium and carbonate and evaporite rocks. It has also been confirmed that these methods, when used in an integrated manner, are able to reduce the ambiguities in individual interpretations. They facilitate improved imaging of the interior dikes and of major geological features, thus inspecting the massif and its foundation. Consequently, the results obtained in this study demonstrated that these geophysical methods are sufficiently effective for inspecting earth dams and they are an important tool in the instrumentation and visual inspection of the security of the dams

Identificação de fendilhamento de pavimentos e propriedades volumétricas das misturas betuminosas utilizando um Georadar

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Evaluation of the reconstruction limits of a frequency-independent crosshole georadar waveform inversion scheme in the presence of dispersion

Waveform tomographic imaging of crosshole georadar data is a powerful method to investigate the shallow subsurface because of its ability to provide images of pertinent petrophysical parameters with extremely high spatial resolution. All current crosshole georadar waveform inversion strategies are based on the assumption of frequency-independent electromagnetic constitutive parameters. However, in reality, these parameters are known to be frequency-dependent and complex and thus recorded georadar data may show significant dispersive behavior. In this paper, we evaluate synthetically the reconstruction limits of a recently published crosshole georadar waveform inversion scheme in the presence of varying degrees of dielectric dispersion. Our results indicate that, when combined with a source wavelet estimation procedure that provides a means of partially accounting for the frequency-dependent effects through an "effective" wavelet, the inversion algorithm performs remarkably well in weakly to moderately dispersive environments and has the ability to provide adequate tomographic reconstructions.

Estudi amb georadar del jaciment arqueològic de Lady Field (Woolston Manor Farm, Somerset, Gran Bretanya)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al University of Bristol, Gran Bretanya, durant agost i setembre del 2007. Els objectius del projecte d’estudi del jaciment de Lady Field (Woolston Manor Farm, Somerset, Gran Bretanya) eren, bàsicament, tres: en primer lloc, posar en pràctica els coneixements teòrics assolits durant la formació en prospecció geofísica; en segon lloc, aportar informació complementària a la aportada per la prospecció tradicional i el sondeig amb gradiòmetre magnètic efectuades prèviament per l’equip investigador del centre, arribant a definir millor les estructures poc definides per l’altre sistema i, finalment, obtenir un cas d’estudi sobre un jaciment medieval a Gran Bretanya, on les condicions geològiques i climàtiques, que afecten els resultats de la prospecció, són diferents a les del nostre país. Aquests objectius s’han assolit, ja que s’ha pogut portar a terme una prospecció de camp amb el sistema de georadar, processar les dades i obtenir-ne dades de qualitat i obtenir informació útil i rellevant de cara a la definició de les restes detectades, una vegada feta la interpretació. Els resultats mostren l’aparició en el subsòl del jaciment de quatre possibles fases d’ocupació, entre les que destaquen un moment amb possibles restes d’una antiga xarxa urbana, treballs agrícoles o un sistema de drenatge del terreny. Finalment l’estudi ha pogut constatar que la prospecció amb GPR en aquestes condicions geològiques és possible, tot i que les climàtiques –essencialment la pluja i la humitat del sòl- suposen complicacions a l’hora d’adquirir dades de forma segura per la maquinària i per la qualitat de les dades.

Source wavelet estimation for waveform inversion of crosshole georadar data

AbstractFor a wide range of environmental, hydrological, and engineering applications there is a fast growing need for high-resolution imaging. In this context, waveform tomographic imaging of crosshole georadar data is a powerful method able to provide images of pertinent electrical properties in near-surface environments with unprecedented spatial resolution. In contrast, conventional ray-based tomographic methods, which consider only a very limited part of the recorded signal (first-arrival traveltimes and maximum first-cycle amplitudes), suffer from inherent limitations in resolution and may prove to be inadequate in complex environments. For a typical crosshole georadar survey the potential improvement in resolution when using waveform-based approaches instead of ray-based approaches is in the range of one order-of- magnitude. Moreover, the spatial resolution of waveform-based inversions is comparable to that of common logging methods. While in exploration seismology waveform tomographic imaging has become well established over the past two decades, it is comparably still underdeveloped in the georadar domain despite corresponding needs. Recently, different groups have presented finite-difference time-domain waveform inversion schemes for crosshole georadar data, which are adaptations and extensions of Tarantola's seminal nonlinear generalized least-squares approach developed for the seismic case. First applications of these new crosshole georadar waveform inversion schemes on synthetic and field data have shown promising results. However, there is little known about the limits and performance of such schemes in complex environments. To this end, the general motivation of my thesis is the evaluation of the robustness and limitations of waveform inversion algorithms for crosshole georadar data in order to apply such schemes to a wide range of real world problems.One crucial issue to making applicable and effective any waveform scheme to real-world crosshole georadar problems is the accurate estimation of the source wavelet, which is unknown in reality. Waveform inversion schemes for crosshole georadar data require forward simulations of the wavefield in order to iteratively solve the inverse problem. Therefore, accurate knowledge of the source wavelet is critically important for successful application of such schemes. Relatively small differences in the estimated source wavelet shape can lead to large differences in the resulting tomograms. In the first part of my thesis, I explore the viability and robustness of a relatively simple iterative deconvolution technique that incorporates the estimation of the source wavelet into the waveform inversion procedure rather than adding additional model parameters into the inversion problem. Extensive tests indicate that this source wavelet estimation technique is simple yet effective, and is able to provide remarkably accurate and robust estimates of the source wavelet in the presence of strong heterogeneity in both the dielectric permittivity and electrical conductivity as well as significant ambient noise in the recorded data. Furthermore, our tests also indicate that the approach is insensitive to the phase characteristics of the starting wavelet, which is not the case when directly incorporating the wavelet estimation into the inverse problem.Another critical issue with crosshole georadar waveform inversion schemes which clearly needs to be investigated is the consequence of the common assumption of frequency- independent electromagnetic constitutive parameters. This is crucial since in reality, these parameters are known to be frequency-dependent and complex and thus recorded georadar data may show significant dispersive behaviour. In particular, in the presence of water, there is a wide body of evidence showing that the dielectric permittivity can be significantly frequency dependent over the GPR frequency range, due to a variety of relaxation processes. The second part of my thesis is therefore dedicated to the evaluation of the reconstruction limits of a non-dispersive crosshole georadar waveform inversion scheme in the presence of varying degrees of dielectric dispersion. I show that the inversion algorithm, combined with the iterative deconvolution-based source wavelet estimation procedure that is partially able to account for the frequency-dependent effects through an "effective" wavelet, performs remarkably well in weakly to moderately dispersive environments and has the ability to provide adequate tomographic reconstructions.

Imageamento digital de paleocavernas colapsadas com georadar

In this study, the methodological procedures involved in digital imaging of collapsed paleocaves in tufa using GPR are presented. These carbonate deposits occur in the Quixeré region, Ceará State (NE Brazil), on the western border of the Potiguar Basin. Collapsed paleocaves are exposed along a state road, which were selected to this study. We chose a portion of the called Quixeré outcrop for making a photomosaic and caring out a GPR test section to compare and parameterize the karst geometries on the geophysical line. The results were satisfactory and led to the adoption of criteria for the interpretation of others GPR sections acquired in the region of the Quixeré outcrop. Two grids of GPR lines were acquired; the first one was wider and more spaced and guided the location of the second grid, denser and located in the southern part of the outcrop. The radargrams of the second grid reveal satisfactorily the collapsed paleocaves geometries. For each grid has been developed a digital solid model of the Quixeré outcrop. The first model allows the recognition of the general distribution and location of collapsed paleocaves in tufa deposits, while the second more detailed digital model provides not only the 3D individualization of the major paleocaves, but also the estimation of their respective volumes. The digital solid models are presented here as a new frontier in the study of analog outcrops to reservoirs (for groundwater and hydrocarbon), in which the volumetric parameterization and characterization of geological bodies become essential for composing the databases, which together with petrophysical properties information, are used in more realistic computer simulations for sedimentary reservoirs.

Estudo da contaminação por hidrocarbonetos em postos de serviços de Abaetetuba-PA utilizando georadar

O trabalho apresenta os resultados de um levantamento Geofísico utilizando o método Radar de Penetração de Solo (GPR) ou Georadar para detectar possíveis zonas de contaminação provocadas por vazamentos de derivados de hidrocarbonetos em postos de serviços da região urbana do município de Abaetetuba, no estado do Pará. A metodologia foi aplicada em postos de serviços porque eles constituem uma das principais fontes potenciais urbanas de contaminação do solo e de aqüíferos rasos por combustíveis. Conceitos básicos sobre a contaminação por derivados do petróleo e sua interação com o subsolo são apresentados, juntamente com os princípios básicos que permitem o entendimento do funcionamento do método GPR para o problema abordado. Durante o trabalho, foram realizadas medidas do nível de água em poços rasos, visando a elaboração de um mapa de fluxo subterrâneo. A interpretação geofísica foi auxiliada pelo conhecimento do comportamento do fluxo hídrico subterrâneo local, que mostra o sentido de movimentação da provável contaminação. A correlação entre os dados de GPR, os dados de fluxo e as informações sobre o histórico dos postos levaram a classificá-los em suspeitos de produzir contaminação e possivelmente contaminados.

Nuovi studi sulle necropoli etrusche di Tarquinia (VT) con GPR e Geoelettrica

Abbiamo investigato con metodologie geofisiche del tutto non invasive un settore della necropoli etrusca di Monterozzi, Tarquinia (VT). Le tecniche utilizzate, per l'accertamento di camere sepolcrali nel sottosuolo, sono state il GPR e la geoelettrica. Dalla campagna effettuata nel mese di giugno 2016 è emerso che: I) le camere mortuarie, scavate direttamente nella roccia calcarenitica, si possono suddividere in superficiali (profondità maggiore di 2 m e comprendenti un dromos di accesso) e profonde (profondità maggiore di 5 m e di dimensioni maggiori rispetto alle prime); II) il metodo GPR permette un'elevata risoluzione delle strutture nascoste a scapito della profondità di investigazione, inoltre è affetto da disturbo proveniente da artefatti antropici posti in superficie; III) il metodo resistivo adottato permette esplorazioni profonde e risulta molto potente nella localizzazione delle cavità sepolte; IV) le strutture archeologiche nel sottosuolo producono sulla superficie topografica delle forme ben riconoscibili per il diverso contenuto in umidità rispetto all'intorno, di ausilio quindi al presente studio è stata l’analisi delle immagini da satellite di Google Earth; V) l'approccio di lavoro che ha combinato le due diverse metodologie sia tra loro sia con le immagini digitali risulta molto vantaggioso ai fini della presente ricerca.

Analisi di una tecnica di indagine non distruttiva per la localizzazione delle barre di armatura nel C.A.: il georadar.

Il Ground Penetrating Radar (GPR) è una tecnica di indagine non distruttiva che si basa sulla teoria della propagazione delle onde elettromagnetiche. Questa tecnologia venne inizialmente utilizzata per indagini geologiche, ma più recentemente è stata introdotta anche per lo studio di altri materiali quali calcestruzzo, legno e asfalto. Questa tecnologia investigativa può essere utilizzata per varie problematiche : • Localizzazione di oggetti all’interno del materiale inglobante • Determinazione dello spessore dello strato del materiale oggetto di studio (calcestruzzo, asfalto, terreno, legno) • Proprietà del materiale, inclusa umidità ed eventuale presenza di vuoti Nella fase iniziale di questo lavoro di tesi sono stati studiati i principi fisici di funzionamento, la metodologia di elaborazione dei dati restituiti dallo strumento e di interpretazione dei risultati. Successivamente, è stato posto l’obbiettivo di verificare l’applicabilità del georadar nel rintracciare i ferri di armatura nelle travi da ponte. Quest’ultime sono spesso realizzate tramite l’impiego della precompressione con cavi post-tesi che implica la presenza di guaine con all’interno i relativi trefoli di tensionamento. Per simulare tali condizioni sono state realizzate in laboratorio delle “travi campione” con guaine in differente materiale, con differente posizionamento e con differente tecnologia di posa, in modo tale da permettere di studiare diversi scenari. Di seguito le differenti tipologie di travi : - Trave con guaine metalliche ; - Trave con guaine plastiche ; - Trave con interruzioni in polistirolo lungo le guaine (per simulare la corrosione delle stesse); - Travi con trefoli inseriti all’interno delle guaine (per studiarne l’influenza sul segnale).

Estimativas do teor de umidade empregando o método GPR: uma avaliação comparativa em experimentos de laboratório e campo

Este trabalho faz uma análise das estimativas de teores de umidade obtidas com o método Ground Penetrating Radar (GPR) comparativamente às determinadas com os métodos Time Domain Reflectometry (TDR) e gravimétrico. Os dados foram obtidos em dois experimentos diferentes: um experimento controlado em laboratório buscando reproduzir um meio homogêneo onde foram obtidas as medidas de umidade com GPR (antenas de 1 GHz) e TDR, e outro experimento de campo onde foram obtidos dados com GPR (antenas de 200 MHz) e de amostras de solos do local. Para a obtenção das estimativas a partir do método GPR foram analisados os eventos relativos à onda de transmissão direta entre as antenas, onda refratada criticamente e onda refletida em interfaces com diferentes propriedades elétricas.O GPR mostrou-se sensível às variações de umidades presentes nos dois experimentos e apresentou boa correlação com os dados obtidos com TDR (REQM de0,007 m³m-3) e das amostras (REQM de 0,039 m³m-3).

GPR para a verificação do nível d'água subterrânea em transição floresta amazônica e cerrado

Um estudo do monitoramento do nível de água foi realizado com medidas diretas e com Radar de Penetração no Solo (GPR) em uma floresta tropical de transição para o cerrado. Três poços de monitoramento do nível de água foram instalados durante 2001/2002 em três locais diferentes: o primeiro em uma área de floresta permanente, outro em área de floresta manejada e outra em uma área de pasto. Os perfis de GPR mostram que o nível do topo do lençol freático aparece como um refletor horizontal forte em março e em agosto de 2002, e como um refletor fraco durante medidas em maio e outubro de 2001 com descontinuidades devido a diversas lentes de solo laterítico no solo. O topo do lençol de água é facilmente confundido com a presença de tais lentes. A umidade do solo teve uma influência nestes sinais da reflexão, mudando a constante dielétrica do solo. A profundidade do topo do lençol da água variou 1,8 m sob a floresta permanente, 0,9 m sob a floresta manejada e 3,7 m sob o pasto.

Gestão integrada dos recursos hídricos da região de Fafe: caracterização da qualidade das águas superficiais, potencial hidrogeológico das rochas fraturadas

Dissertação de mestrado em Geociências (área de especialização em Recursos Geológicos)

Comparison of time-lapse GPR data collected under natural and forced infiltration conditions to estimate vadose zone hydraulic parameters

Time-lapse crosshole ground-penetrating radar (GPR) data, collected while infiltration occurs, can provide valuable information regarding the hydraulic properties of the unsaturated zone. In particular, the stochastic inversion of such data provides estimates of parameter uncertainties, which are necessary for hydrological prediction and decision making. Here, we investigate the effect of different infiltration conditions on the stochastic inversion of time-lapse, zero-offset-profile, GPR data. Inversions are performed using a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo methodology. Our results clearly indicate that considering data collected during a forced infiltration test helps to better refine soil hydraulic properties compared to data collected under natural infiltration conditions