Elaborazione dati georadar, villa romana della liberta Peticia, Staranzano

Conclusioni

Le prospezioni geofisiche effettuate nell’area della villa della Liberta Peticia hanno consentito di raccogliere una serie di dati interessanti dal punto di vista archeologico e topografico.
Al netto dell’impossibilità di coprire una superficie omogenea priva di ostacoli, è stato possibile evidenziare la presenza di una serie di anomalie, di cui le più interessanti sono quelle relative a probabili strutture poste a sud dell’edificio principale e facenti parte molto probabilmente di annessi in relazione con essa.
La profondità delle anomalie riferibili a strutture murarie è sicuramente compatibile con quelle della villa, lasciando ipotizzare la loro appartenenza allo stesso ambito cronologico.
Un secondo dato importante da tenere in conto è la mancanza di anomalie riferibili a strutture murarie nell’area subito a sud della villa e quindi in connessione fisica con essa. Questo fatto sembra dimostrare che le stanze individuate in fase di scavo rappresentino il limite sud est dell’edificio e che i restanti ambienti della villa siano da ricercare verso nord e nel campo ad ovest di essa, come ipotizzato nell’immagine sotto riportata.

la villa e sua presunta estensione (stimata in 2500 metri quadri)


acquisizione dati georadar, villa romana della liberta Peticia, Staranzano

Risultati

Le strutture relative alla villa individuate in fase di scavo sono rappresentate da almeno tre ambienti allineati su di un asse sud-est/nord-ovest aperti su di una probabile area scoperta, posta ad ovest di essi.
La struttura  presenta almeno tre fasi di ristrutturazione, nell’ultima delle quali, la stanza più grande posta a sud est della  struttura e riconosciuta come un triclinio, venne suddivisa in ambienti più piccoli.
Le caratteristiche delle strutture murarie individuate, la mancanza di aperture lungo i muri est e sud degli ambienti e di tracce di muri sulla faccia esterna, sembrano indicare che la porzione di villa scoperta sia quella relativa all’angolo sud-orientale, e che essa si sviluppi quindi verso nord ed ovest, per una estensione stimata d i 2500 metri quadri.
Il dato archeologico recuperato grazie agli scavi sembrerebbe dunque validare l’ipotesi che nell’area a sud delle strutture possano non essere presenti strutture murarie appartenenti al corpo principale della villa, teoria che non implica però la mancanza di edifici o annessi pertinenti alla villa ma non collegati fisicamente con essa.
Le indagini georadar hanno permesso di individuare alcune interessanti anomalie ad una profondità media stimata fra i 60 e il metro di profondità, la stessa quota a cui si attestano le creste delle strutture individuate.

Scavo di una casa romana visto da nord. in primo piano mosaico bianco e nero a scacchi. Scavo di casa romana.
foto dell’area indagata. In primo piano è riconoscibile il mosaico posto nella stanza ora coperta dalla tettoia

I dati sono stati interpretati allo scopo di individuare eventuali anomalie attribuibili a strutture sepolte di interesse archeologico.
L’elaborazione dei dati ha permesso di identificare tre distinti gruppi di anomalie posti a diverse profondità, a partire dai 40-50 cm dal piano di campagna, tutte nella fascia orientale del campo.
Le anomalie sono state classificate in base alla tipologia, alla loro posizione stratigrafica e alla loro geometria.
Si vuole precisare che bisogna considerare un errore in profondità di +/-0.15-0.20m per quanto riguarda la profondità e -/+0.10-0.15m per la larghezza delle anomalie, dovute alla risoluzione dello strumento, interferenze e possibili errori sistematici.

la villa e sua presunta estensione (stimata in 2500 metri quadri)

 

Tavole

Tavola 1 – Profondità fra i 40 e i 50 cm: nella parte nord-orientale del campo, subito a sud est delle strutture della villa, alla profondità di circa 50 cm compare una anomalia di forma irregolare, che si sviluppa da nord verso sud coprendo un’area di circa 60 metri quadri (vedasi più sotto l’immagine ‘sezioni longitudinale e trasversale dell’Anomalia 1’).
Dalla forma e dal suo sviluppo in profondità, l’anomalia si presenta con un andamento ad imbuto e potrebbe essere associabile con una fossa riempita di materiale incoerente, probabilmente un intervento post-deposizionale che ha interessato anche i livelli archeologici sottostanti.
È ipotizzabile possa spiegarsi come un intervento di distruzione o spolio di strutture sottostanti.
L’ipotesi potrebbe essere avvalorata dalla presenza nella stessa area, a partire dai 50 cm di profondità, delle tracce di anomalie lineari che, scendendo nella stratigrafia, assumono una geometria più lineare, rivelandosi come probabili strutture murarie relative ad un edificio posto a sud-est della struttura della villa.

Tavola 1

 

sezioni longitudinale e trasversale dell’Anomalia 1

Tavola 2 e Tavola 3 – Profondità fra i 70 e i 90 cm: A questa profondità le strutture murarie identificate nei livelli più alti assumono una più precisa fisionomia, mentre la fossa raggiunge la massima visibilità prima di scomparire intorno alla profondità di 1.20 m. A partire dai 70 cm altre anomalie lineari e isorientate si aggiungono a quelle già evidenziate nei livelli più alti, probabilmente per una questione di preservazione degli alzati.
Più in dettaglio, il primo edificio (vedasi più sotto l’immagine ‘A evidenze della Struttura 1) sembra essere caratterizzato da due muri di lunghezza maggiore con orientamento nord-ovest/sud-est (quello est è visibile nella sua totalità), ai cui estremi ci sono due bracci minori perpendicolari a questi: lo spazio creato da questi muri sembra essere ulteriormente suddiviso in due ambienti da un setto murario intermedio. A livello della testata sud-est del muro est dell’edificio sembra vedersi la traccia  di un ulteriore struttura che corre verso est e che prolunga da questo lato il limite sud dell’edificio. Ad est del muro di lunghezza maggiore è presente la traccia di un ulteriore allineamento murario, parallelo ad esso e probabilmente pertinente al limite orientale di un terzo ambiente. Del secondo edificio (vedasi più sotto l’immagine ‘B evidenze della Struttura 2’), posto a sud di questo, è identificabile un lungo muro che si sviluppa parallelamente al lato sud del primo, e una seconda struttura che crea un angolo di 90 gradi  verso sud est, partendo dalla testata est di questo.
Il segnale è meno leggibile di quello relativo al primo edificio, probabilmente per il livello di conservazione.
A questa profondità è quindi possibile ricostruire la presenza di almeno due edifici, orientati fra loroe non fisicamente legati al corpo principale della villa.
Anche l’orientamento degli edifici individuati non rispecchia quello disegnato dai muri esposti nello scavo, anche se questo elemento non collide con un rapporto diretto fra le strutture.
Profondità fra i 90 e i 120 cm: i segnali relativi alla prima struttura sono leggibili fino alla profondità di 1.10 m, dopo di che diventa più difficile leggerne la geometria. Per quanto riguarda l’anomalia relativa al fosso, questa si identifica chiaramente almeno fino ad 1.20 m di profondità, per poi scomparire gradualmente.

Tavola 2

 

Tavola 3

 

A evidenze della Struttura 1 e B evidenze della Struttura 2


Elaborazione dati georadar, villa romana della liberta Peticia, Staranzano

Elaborazione dati

I dati GPR 3D vengono elaborati al fine di ricreare un volume in coordinate x,y spaziali e z (profondità) in coordinate temporali o convertite in profondità.
Ogni registrazione prevede l’acquisizione di 8  profili contemporaneamente, cosicché l’informazione ottenuta è quella di una fascia di 64cm.
Il dato grezzo (raw data) da elaborare è quindi un numero di “fasce” pari al numero di profili eseguiti.

raw data relativi all'acquisizione GPR3D
raw data relativi all’acquisizione GPR3D

Il dato raw subisce una fase di pre-processing per migliorare il rapporto segnale rumore; le fasi di elaborazione che vengono applicate all’insieme dei dati è la seguente:

  • Amplitude correction
  • Antenna Ringdown removal
  • Bandpass filtering

Successivamente si procede con la fase di interpolazione, al fine di integrare le informazioni tra una registrazione e l’altra. Questo viene svolto selezionando un box, entro il quale si svolgeranno gli algoritmi di interpolazione.
La conversione in profondità avviene dopo aver stimato la velocità dell’onda elettromagnetica nel terreno secondo il procedimento di analisi delle iperboli di diffrazione, e il successivo procedimento di migrazione. La misura della velocità viene fatta sulla base dell’analisi di iperboli di diffrazione, la cui apertura dipende dalla costante dielettrica del mezzo e quindi della velocità dell’onda elettromagnetica.
In questo sito, tuttavia, non è stata individuata alcuna iperbole su cui stimare la velocità di propagazione. In queste condizioni è stata stimata una velocità di 10.5 cm/ns, sulla base di analisi di iperboli di diffrazione.

iperbole di diffrazione generata da un sottoservizio

Il procedimento di migrazione consente di ottenere un’immagine GPR per cui le anomalie risultano a maggior risoluzione e in cui le iperboli di diffrazione sono focalizzati in unità puntuali.
Dopo aver ottenuto il volume migrato, il software consente di analizzare in pianta l’intera area coperta dal GPR in funzione della profondità e analizzare le diverse mappe (slice) per procedere poi con l’interpretazione.
Ricapitolando, la sequenza di processing applicata al volume di dati comprende:

Import raw data
• DC removal
• Drift removal
Pre-processing
• Amplitude correction
• Antenna Ringdown removal
• Bandpass filtering
Processing
• Interpolation
• Migration
Post processing
• Amplitude analysis
• Slice interpretation


rilievo georadar, villa romana della liberta Peticia, Staranzano

Rilievo Georadar GPR: principi fisici

Per finalizzare le indagini geofisiche 3D, ci si è avvalsi dell’utilizzo del georadar GPR (Ground Penetrating Radar), che consente di indagare sia il sottosuolo, sia le strutture e di rivelare in modo non invasivo l’eventuale presenza e posizione di oggetti sepolti, di oggetti metallici e di anomalie nelle strutture in muratura, utilizzando il fenomeno di riflessione delle onde elettromagnetiche.
Il metodo di analisi è basato sul principio della propagazione di impulsi elettromagnetici nei materiali e sulla loro riflessione in corrispondenza di quelle superfici di discontinuità imputabili a variazioni di permettività dei materiali investigati.
L’acquisizione dei dati avviene facendo scorrere una coppia di antenne (una trasmittente  ed una ricevente) mantenute a distanza costante sulla superficie da investigare.
Nell’unità centrale dell’apparato sono generati dei segnali ad intervalli regolari che servono a sollecitare i circuiti elettronici dell’antenna trasmittente.
Da questa sono irradiati degli impulsi elettromagnetici che, propagandosi attraverso i materiali, vengono riflessi in corrispondenza delle interfacce tra materiali con caratteristiche dielettriche diverse.
Gli eventi riflessi sono captati dall’elemento ricevente e inviati nell’unità centrale per una successiva elaborazione.
L’apparecchiatura consente di visualizzare su display a colori il radargramma registrato in tempo reale, per un controllo qualità preliminare, e simultaneamente memorizza i dati su notebook associato per la successiva elaborazione con un software dedicato.
Il successivo trattamento digitale dei dati consente di migliorare l’interpretabilità dei dati acquisiti tramite operazioni di filtraggio, normalizzazione, amplificazione, ecc. al fine di rendere più evidente la presenza di eventuali anomalie.

schema di rilevamento dati Georadar

 

schema di acquisizione della traccia Georadar con antenne schermate

Sull’asse orizzontale dei radargrammi sono visualizzate le progressive metriche della linea registrata mentre su quello verticale si trovano i doppi tempi di percorso (in andata e ritorno) dei tragitti riflessi.
La risoluzione orizzontale dei segnali è inversamente proporzionale alla velocità di spostamento dell’antenna, la risoluzione verticale è direttamente proporzionale alla frequenza centrale degli impulsi emessi.
L’intensità degli eventi riflessi è tanto più forte quanto il contrasto fra le variazioni dielettriche è elevato.
La profondità d’indagine non può essere stabilita a priori del rilievo ma dipende dall’assorbimento dell’energia elettromagnetica da parte dei materiali in cui essa si propaga. La profondità dipende dalla natura dei mezzi attraversati, dallo stato fisico degli elementi che li compongono e da fattori ambientali e/o locali: temperatura, umidità, presenza di cavità, ecc.
Inoltre, l’obiettivo della prospezione e la profondità di penetrazione sono vincolati alla lunghezza d’onda degli impulsi: infatti, se una struttura sepolta ha dimensioni  molto piccole, essa viene rilevata soltanto con segnali di brevissima durata la cui elevata attenuazione a livello energetico ne limita però la penetrazione.
In sintesi, antenne con frequenze alte consentono una buona risoluzione fino a modeste profondità; antenne con frequenze basse offrono un dettaglio relativamente inferiore, ma permettono una maggior estensione di misura dalla superficie topografica.

Tab. 1 prestazioni tipiche delle antenne radar

La presenza di acqua o umidità nei materiali in esame, comporta un aumento della costante dielettrica relativa e quindi una diminuzione della velocità degli impulsi elettromagnetici. La conoscenza della costante dielettrica relativa è utile per determinare il tipo di materiale investigato e del suo grado di umidità.
La definizione di tali anomalie viene fornita nella fase d’interpretazione dei dati, in base alla tipologia (es. forma dell’oggetto che ha provocato la riflessione) e alla continuità planimetrica di eventi identici o, comunque, assimilabili.
E’ importante ricordare che le procedure di misura impiegate per la indagine geofisica di villa Peticia si basano su tecniche di esplorazione indiretta che hanno una serie di intrinseche limitazioni in merito alla propagazione dell’onda elettromagnetica. Quest’onda dipende dalla costante dielettrica dei materiali: in materiali argillosi ad elevata costante dielettrica o in presenza di acqua, l’attenuazione del segnale è elevata con il rischio di non rilevare eventuali discontinuità/oggetti presenti.
L’indagine geofisica non può tuttavia mai essere considerata integralmente sostitutiva dell’esplorazione diretta.

Il sistema Georadar utilizzato

Nella presente indagine è stato utilizzato un sistema georadar 3D, equipaggiato con 9 antenne schermate a 400MHz, per profondità di esplorazione entro i 3m.
Il sistema racchiude al suo interno 5 antenne trasmittenti e 4 riceventi della stessa frequenza, e l’insieme delle combinazioni tra trasmissione e ricezione fa sì che ad ogni passata si ottengano contemporaneamente 8 profili paralleli.

Georadar; villa Liberta Peticia; Staranzano
il Georadar impiegato nelle indagini

Gli 8 profili sono distanziati di un offset fisso di 8cm. Il loro insieme occupa una fascia di 64cm. Il sistema di posizionamento prevede l’utilizzo di un odometro e dove possibile l’interfacciamento con GPS o stazione totale.
Questo sistema molto complesso, è stato sviluppato per identificare in maniera veloce e con altissima risoluzione i reperti archeologici.
Il sistema facilita l’interpretazione del segnale evidenziando le strutture continue, ed evita di commettere errori nelle interpolazioni di profili bidimensionali.
L’acquisizione nelle 3 direzioni dello spazio rende l’acquisizione indipendente dall’orientazione spesso sconosciuta del target.
Il sistema 3D è collegato ad un laptop dal quale è possibile gestire i parametri di acquisizione e vedere in tempo reale l’acquisizione di ogni strisciata.
Il limite tecnologico della metodologia georadar 2D e 3D, è in ogni caso rappresentato dalla profondità della tavola d’acqua, poiché essa assorbe completamente il segnale elettromagnetico.

disposizione delle 9 antenne: le frecce rosse indicano la posizione dei profili paralleli


georadar, villa romana della liberta Peticia, Staranzano

indagini geofisiche 3d per l'individuazione di strutture sepolte

Nel mese di maggio 2022 si sono svolte alcune indagini geofisiche mediante georadar 3D presso la villa romana della Liberta Peticia di Staranzano, volte verificare la presenza di eventuali strutture sepolte in prossimità del sito archeologico.
Queste prospezioni geofisiche effettuate nell’area della villa  hanno consentito di raccogliere una serie di dati interessanti dal punto di vista archeologico e topografico, sebbene al netto dell’impossibilità di coprire una superficie omogenea priva di ostacoli, per via della presenza di campi coltivati e di capanni ad uso agricolo presenti sul sedime d’indagine.
Le varie fasi dell’indagine sotto riportata, congiuntamente alla spiegazione dei principi fisici afferenti a questa, restituiscono un piccolo, affascinante viaggio nell’applicazione delle più moderne metodologie scientifiche alla scoperta di quell’antico che ancor’oggi cela i suoi segreti nella campagna locale.


Le presenti ricerche archeologiche non invasive sono autorizzate dal Ministero della Cultura – Direzione generale Archeologia, belle arti e paesaggio / Soprintendenza Archeologia, belle arti e paesaggio del Friuli Venezia Giulia con protocollo n° 3619 del 25/02/2022.

il video dedicato alle fasi di ricerca e studio