Radar de subsuelo.Evaluación para aplicaciones en arqueología y en patrimonio histórico-artístico

Resumen

El georradar es una herramienta cada vez más utilizada en diferentes ámbitos geológicos, medioambientales y de Ingeniería Civil, así como en estudios de caracterización de yacimientos arqueológicos y de diagnóstico de daños en edificios del patrimonio histórico y cultural. En esta tesis se abordan aspectos metodológicos de calibración de la instrumentación y de caracterización de las propiedades electromagnéticas que rigen la propagación y atenuación de ondas electromagnéticas en los suelos. Por otra parte, se estudian aplicaciones en monumentos históricos, yacimientos arqueológicos y diagnóstico de daños. Concretamente, en esta tesis se calibran cuatro antenas, caracterizadas por su frecuencia central de emisión: 200, 500, 900 y 1000 MHz. En cada caso se obtiene la señal sólo con el ruido interno de la antena (sin reflexiones). De dicho ruido, el de mayor amplitud es la señal inicial; su longitud determina la distancia mínima entre la antena y la primera superficie reflectora del medio para que no se produzca acoplamiento entre la reflexión y la señal inicial. Se analiza también el origen de tiempos de la señal para cada antena (cero de la antena) y se estudia la atenuación producida en la señal durante su propagación por el aire (medio no absorbente), que, por lo tanto, se produce por expansión geométrica, siendo la amplitud inversamente proporcional a la distancia. Se ensaya un procedimiento para caracterizar medios electromagnéticamente, relacionando sus propiedades físicas: granulometría, peso específico, porosidad y saturación, con la conductividad, la permitividad y la frecuencia. Se analizan tres medios formados por un mismo material, modificándose tres propiedades: peso específico aparente, compactación y saturación. En cada caso se obtiene la velocidad de propagación, la permitividad dieléctrica, el espectro de frecuencias y la atenuación. Al aumentar la saturación la velocidad es menor, se produce un desplazamiento hacia las bajas frecuencias, se estrecha el ancho de banda y la atenuación por absorción aumenta. Asimismo se analizan y discuten diferentes métodos para obtener la velocidad: tiempos y espesores conocidos, análisis de hipérbolas, comparación de amplitudes, dromocrónicas de un CMP, modelos geotécnicos, contraste de capacitancias y perfiles de estratigrafía conocida. Los mejores resultados obtenidos son los que proporcionan los ensayos de laboratorio con muestras de espesor conocido y el análisis de reflexiones hiperbólicas. De la comparación de los resultados obtenidos con los que proporciona la literatura se deduce la conveniencia de realizar una caracterización en laboratorio en casos que requieran una resolución fina de las anomalías superficiales o de profundidad intermedia. Relacionados con estas investigaciones (caracterización de medios y calibración de antenas), se han ejecutado y estudiado aplicaciones a casos reales que han permitido resolver problemas prácticos y, al mismo tiempo, han permitido también observar las ventajas de la aplicación de los avances de la investigación, así como avanzar en las técnicas de identificación y cancelación de ruidos introducidos por reflexiones externas o múltiples. Los principales casos resueltos hacen referencia a: control de intervenciones de restauración y rehabilitación en monumentos o en construcciones históricas (casos del teatro romano de Sagunto y de los puentes góticos sobre el río Turia), estudio de daños en edificios del patrimonio cultural (casos de la Catedral de Valencia e Iglesia de San Jorge de Paiporta), caracterización de yacimientos arqueológicos (casos del subsuelo de la Catedral de Valencia, de la Iglesia de San Jorge y de la fortaleza romana y convento en Alcántara). Algunos resultados y casos relevantes se sintetizan en fichas monográficas que presentan en forma esquemática las claves referentes al problema estudiado, lugar y herramienta empleada. Estas fichas serán de gran utilidad en el estudio de casos similares y se espera que constituyan el inicio de un catálogo de casos y soluciones.