ГЕОРАДАР – Подигнување на истражувачките капацитети

Континуираните напори на ИЗИИС за подигнување на истражувачките капацитети уште еднаш вродија со плод. Неодамна во ИЗИИС беше набавена опрема за „недеструктивно рендгентско“ снимање на структурата на конструкции, елементи од различни градежни материјали како и на почвената средина. Конкретно се работи за најнов модел на георадар, производ на една од најреномираните светски компании за производство на ваков тип на опрема, со седиште во Шведска. Опремата е набавена од сопствени средства на Институтот, што исклучително е важно да се потенцира, особено во услови кога сите државни средства за научни истражувања се сведени на минимум.
Георадарот ќе претставува еден значаен придонес во стимулирањето и поддршката на младите кадри, пред сè магистрантите и докторантите во овозможувањето на услови за истражување слични на оние во високоразвиените истражувачки центри како во Европа и пошироко. Истовремено, бенефитите од георадарот ќе може да ги искористат и градежните и геотехничките компании од нашата земја.
Георадар во ИЗИИС
Георадарот во ИЗИИС е еден од најновите уреди достапни на светскиот пазар кој постојано се надоградува и во последните 20 години значително се истражува во примена на овој недеструктивен метод. Георадарот се состои од главен контролен уред кој се влече со копнено возило при што функционалноста и практичноста е доста изразена. (слика 1-3)

Слика 1 Георадарот во ИЗИИС /1

Слика 2 Георадарот во ИЗИИС/2

Слика 3 Георадарот во ИЗИИС/3

Мерењата со георадарот се усовршени со комбинирање на ГПС-системот со цел да се добијат и координати на измерените места. Примената на георадарот е широка и ги опфаќа скоро сите области од инженерската пракса: дефинирање на почвени слоеви на дадена локација, дефинирање на лизгачка рамнина кај свлечишта, дефинирање на арматура во армиранобетонски к-ции, скенирање на елементи кај културно-историски објекти, лоцирање на подземни инсталации, археолошки истраги, детектирање на состојба на патишта и железници и др.

Сето тоа е овозможено со следната опрема:
AKULA – 9000C – Повеќеканален радар (до 16 канали), компатибилен со антени со централна фреквенција од 10-4000 MHz.
GCB-300 – Антена со централна фреквенција од 307 MHz, која се поставува на површината на тлото (Ground coupled). Се применува за:
• Геотехнички истражувања
• Детектирање на подземни објекти
• Археолошки истражувања
• Форензички истражувања
GCB-1000 – Антена со централна фреквенција од 1000 MHz, се поставува на површината на тлото (Ground coupled). Се применува за:
• Испитување на бетон и асфалт, детектирање на арматура
GEKKO-60-SR – Антена со централна фреквенција од 65 MHz. Се поставува на одредено растојание (висина) од тлото (airborne). Се применува при:
• Длабоки геолошки истражувања
• Мапирање на ниво на подземна вода
• Дефинирање на границите на различни литолошки средини
• Испитување на брани

Слика 5 Георадарот со антената од 65 Mhz

Слика 6 Георадарот со антената од 1000 Mhz

При снимањето се користи посебен софтвер за аквизиција (слика 7), а за обработката на резултатите се користи друг софтвер при што се добива слика блиска до реалната состојба во тлото.

Слика 7 Инспекција на армиранобетонски мост и локализација на арматурата

Истражувањата со георадарот ќе се користат заедно со други геофизички методи кои веќе подолго време се користат во ИЗИИС и на таков начин ќе се добие подобрена слика на истражуваните локации со различни методи и секако помала можност за грешка во интерпретацијата на недеструктивните методи.
Со прикажаното широко поле на примена и релативно едноставниот и недеструктивен начин на употреба, георадарот ќе најде широка примена како во инженерската пракса во Македонија така и за истражувачки цели во најразлични области од градежништвото и геотехниката. Со сигурност може да се каже дека со примена на георадарот ќе се подобри пристапот во следење, контрола на инженерски објекти како и подетална карактеризација на тлото и подземните инсталации.

Георадар и негова примена во инженерската пракса

Георадарот е безбеден, напреден и недеструктивен систем кој ефективно овозможува снимање и дијагностика на структурата на различни материјали застапени во инженерски објекти и геотехнички средини. Повеќе од две децении оваа техника успешно се користи во неколку области, како што се архитектурата и градежништвото, геотехниката, археолошките истражувања, животната средина, минерални истражувања и др. Особено, оваа технологија сè повеќе се користи во различни области на истражување и управување со културното наследство при што технологијата нуди неспоредливи предности за откривање на подземни објекти, урнатини и наоѓалишта.
Георадарот во инженерската пракса може да има примена во различни медиуми и конструкции вклучувајќи карпи, автопати, железници, мостови, тунели, подземни инсталации, шуплини, пештери и сл. како и за инспекција на згради и евалуација на подземна вода и загадување на почвата. Во најголем број на случаи георадарот се користи за откривање на подземни објекти преку промени во својствата на материјалот. Разликата во особините на подземните слоеви има влијание во амплитудата на сигналот на граничните површини. Со георадарот може да се изврши и анализа на геолошките слоеви и мапирање на почвата/карпата во геотехничките истраги како и дефинирање на потенцијална лизгачка рамнина во постоечки свлечишта.
Георадарот овозможува слики со висока резолуција од подземните слоеви и инженерските објекти преку електромагнетни бранови со широк спектар. Тој е брз и релативно економичен начин за карактеризација/снимање во споредба со други методи за истражување и во зависност од антените кои ги користи може да се користи за снимање и до длабочина од над дваесет метри. (слика 8)

Слика 8. In-situ мерења со георадар

Овие уреди имаат ограничувања во однос на интерпретацијата на резултатите и секако во тој правец неопходно е да се стекнат повеќе искуства и практики. Со помош на разни софтверски алатки, снимките од георадарот можат да бидат обработувани и детално анализирани.

Принцип на работа

Георадарот ги детектира промените на електромагнетните својства (диелектрична пермитивност, спроводливост, магнетна пермеабилност) на различни материјали (слика 9).

Слика 9. Манифестација на различни материјали во тлото

Антените за трансмисија на сигналот емитираат електромагнетни бранови кои се шират низ различни средини со брзини кои зависат од својствата на материјалот кој влегува во градбата на теренот, и се рефлектираат од границите кои се одликуваат со голем контраст во електромагнетните својства. Електромагнетните бранови се регистрираат со антени кои најчесто се поставени на површината на тлото (ground coupled) или се на одредена висина од тлото (airborne).
Времето помеѓу трансмисијата и приемот на електромагнетниот бран TWT (two-way traveltime) мерено во наносекунди (ns) е функција од длабочината на рефлекторот и брзината на ширење на ЕМ бран. Крајниот резултат од георадар-истражувањата претставува континуирана 2Д секција која ги прикажува амплитудите на регистрираните сигнали како функција од времето, односно длабочината и растојанието. Временската оска може да се конвертира во длабинска со претпоставка на брзината на ширење на електромагнетните бранови.
Големината на објекти кои може да се детектираат со помош на георадар е директно пропорционална на брановата должина на радиобрановите. Со намалување на брановата должина на радиобранови, или со зголемување на нејзината фреквенција, квалитетот на сликата се подобрува. Од друга страна, на високи фреквенции, длабочината на размножување на радиобранови во земјата се намалува. Како резултат на погореискажаното, корисникот мора да направи компромис меѓу квалитетот на сликата и длабочината на пенетрација.

Референци:
1. www.geoscanners.com
2. Benedetto, A., & Pajewski, L. (Eds.). (2015). Civil engineering applications of ground penetrating radar. Springer.
3. http://www.gpradar.eu/resources/educationpack.html
4. Bojadjieva, J., & Dąbrowski, M. (2019). Report of practical session held on 07.02. 2017 During the training school of application of ground penetration radar in civil engineering problems held in Osijek, Croatia, 06th-09th of March, 2017.
Автори: проф. д-р Влатко Шешов1, вонр. проф.; Кемал Едип1, доц.; д-р Јулијана Бојаџиева1; м-р Ирена Ѓорѓеска1; м-р Тони Китановски1; м-р Јорданка Чанева1 и Дејан Ивановски.1
1 Универзитет „Св. Кирил и Методиј“ во Скопје, Институт за земјотресно инженерство и инженерска сеизмологија (ИЗИИС).