Prospezioni geoelettriche dipolari nell’area archeologica di Fratte (SA)

Dario Cuollo - Corso di Laurea Triennale - Tesi sperimentale in Geofisica Applicata 
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che più comunemente vengono impiegati nella ricerca archeologica, il metodo 
geoelettrico sarà trattato in modo più particolareggiato nel capitolo successivo. 
Nel Cap. 2 si analizzano i presupposti fisici del metodo geoelettrico e la sua 
applicazione con particolare riferimento all’approccio bidimensionale. 
Nel Cap. 3 viene descritta in dettaglio la catena strumentale necessaria per 
l’esecuzione di una prospezione geoelettrica: lo strumento, gli elettrodi, i cavi e i 
software occorrenti per l’analisi dati e interpretazione. 
Infine nel Cap. 4 si descrivono le caratteristiche geologiche dei terreni 
presenti nell'area di studio. All'interno dello stesso capitolo (par.4.2), viene 
esaminata, dal punto di vista storico-archeologico, l' Aerea Archeologica Etrusco-
Sannita di Fratte, al fine di delimitare con precisione l'area di lavoro; 
successivamente vengono esposte le operazioni di campagna (par.4.3), l'analisi 
dati (par.4.4) e l' interpretazione (4.5). 
La tesi si conclude con una analisi di dettaglio sulle correlazioni tra le 
anomalie di resistività individuate, e le presumibili tipologie di strutture presenti 
supportate anche dalle informazioni di carattere storico-archeologico dell’area 
oggetto di studio. 
 
 
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Capitolo 1 
Metodi geofisici per l'archeologia 
 
Introduzione 
I metodi geofisici più frequentemente utilizzati nella ricerca archeologica sono il 
metodo geoelettrico, magnetico, elettromagnetico, che si basano rispettivamente sulla 
misura di anomalie di resistività, suscettività magnetica e conducibilità del sottosuolo. 
Altri metodi meno utilizzati sono il gravimetrico e sismico che si basano 
rispettivamente sulla misura delle anomalie di  densità e caratteristiche elastiche.  
La pianificazione di un’indagine geofisica va fatta, in accordo con l’archeologo, 
ipotizzando tipo, dimensioni e profondità dei reperti nel sottosuolo. Tutto ciò, 
compatibilmente con la logistica dell’area di indagine, permetterà di  programmare:  
 ξ   i metodi geofisici adeguati alla soluzione del problema 
 ξ   la distanza tra i profili    
 ξ   la lunghezza dei profili 
L’obbiettivo della ricerca, che può riguardare manufatti, strade sepolte, 
pozzi,ecc.,  è il primo dato da cui dipende la scelta della metodologia più idonea 
per lo studio di una particolare area. Infatti, non sempre in uno stesso sito è 
possibile applicare gli stessi tipi di prospezione. Per esempio, nella zona 
archeologica oggetto di studio è risultato abbastanza complicato l’applicazione 
metodo magnetico a causa del notevole noise ambientale dovuto alle diverse 
costruzioni metalliche presenti nell’area. 
La campagna geofisica deve comunque partire da una preliminare e dettagliata 
indagine geologica, per definire la tipologia di terreno al di sotto del quale si deve 
indagare. Infine, anche la scelta del tipo di metodologia geofisica da adottare è 
fortemente condizionata dalla profondità alla quale ci si aspetta di trovare reperti; 
questi, in aree archeologiche solitamente si trovano a profondità intorno ai 4-5 metri dal 
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piano campagna;  indagini a profondità più elevate richiedono la pianificazione della 
campagna geofisica con approcci metodologici adeguati.  
In talune branchie della geofisica, per una corretta interpretazione dei profili, è 
necessario invertire i dati sperimentali, in modo da avere informazioni sulla realtà 
fisica. In tutti i campi della prospezione geofisica, infatti, bisogna distinguere il 
problema diretto dal problema inverso. Per problema diretto si intende il processo che 
consente di prevedere il risultato di una misura sulla base di alcuni principi o modelli 
generali. Ad ogni struttura è calcolabile un solo andamento dell’anomalia che la 
struttura in esame  ha prodotta. Il problema inverso consiste, invece, nel determinare, 
attraverso lo studio e l’andamento delle anomalie misurate, la struttura che ha 
determinato tale anomalia. In questo caso, ad un particolare andamento di tale 
anomalia, possono essere associate diverse tipologie di strutture: vari modelli di 
sottosuolo possono produrre lo stesso tipo di anomalia. E’ solo attraverso l’ausilio di 
altre informazioni di carattere geofisico, geologico e storico-geologico che si può 
giungere ad una ricostruzione univoca del sottosuolo investigato. 
I metodi geofisici possono essere suddivisi in 2 categorie principali: metodi attivi 
e metodi passivi. I primi sono quelli che, per rilevare il dato in superficie, necessitano 
che al terreno venga fornita energia; i secondi invece rilevano anomalie grazie a 
risposte che il terreno fornisce naturalmente. La geoelettrica, ad esempio, può essere un 
metodo sia attivo che passivo. Nel primo caso,  immettendo corrente nel terreno 
attraverso una coppia di elettrodi, si potrà rilevare una differenza di potenziale, 
dipendente dalla resistività del mezzo interessato dal percorso della corrente. Oppure è 
possibile rilevare la corrente generata spontaneamente da sottosuolo (Potenziali 
Spontanei). 
Nella ricerca geofisica è indispensabile eseguire più misure per ogni presunta 
zona dove è probabile l’esistenza dell’anomalia; meglio ancora se sono utilizzate 
diverse metodologie geofisiche. Il dato isolato, non è da considerare attendibile. Ma, 
scoprendo anomalie in punti imprevisti, è possibile pianificare il prosieguo della 
campagna, intensificando le misure nelle parti più interessanti.  
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1.1 - Elettromagnetico (GPR, EM) 
 
1.1.1 – Metodo G.P.R.  
Uno dei più recenti metodi di esplorazione geofisica, che ha ricevuto un 
ampio consenso tra gli archeologi, è il Ground Penetrating Radar (GPR). Questo 
metodo può definire, in maniera veloce ed accurata, i lineamenti di corpi sepolti di 
interesse archeologico e stratigrafie anche  di tipo tridimensionali.  
La proprietà fisica che influenza le onde elettromagnetiche che attraversano 
un mezzo è la permettività dielettrica relativa (RDP) del mezzo stesso. La RDP di 
un materiale è definita come la capacità del materiale di immagazzinare, e poi 
restituire energia elettromagnetica quando è applicato ad esso un campo 
elettromagnetico. Nella tabella 1 sono indicati i valori caratteristici di RDP relativi 
ai più comuni materiali. 
 
TABELLA 1 - Antenna usata: 100 MHz 
(Davis and Annan 1989, Geophysical Survey System Inc.  1987) 
 
MATERIALE RDP MATERIALE RDP 
Aria 1 Superficie del terreno 12 
Acqua dolce 80 Limo asciutto 3 – 30 
Ghiaccio 3 – 4 Limo saturo 10 – 40 
Acqua di mare 81 – 88 Argilla 5 – 40 
Sabbia asciutta 3 – 5 Suolo perennemente  gelato 4 – 5 
Sabbia satura 20 – 30 Terreno sabbioso 10 
Cenere vulcanica 4 – 7 Terreno di foresta 12 
Calcare 4 – 8 Terreno agricolo 15 
Minerale schistoso 5 – 15 Cemento 6 
Granite 5 – 15 Asfalto 3 – 5 
Carbone 4 - 5 
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Le variazioni dielettriche dei mezzi attraversati dalle onde 
elettromagnetiche, danno, infatti, la possibilità di discriminare le litologie 
attraversate in quanto è possibile misurare una differenza di tempi di arrivo (e 
quindi una differenza di velocità di propagazione) dell’impulso elettromagnetico 
inviato al terreno. L’impulso inviato viene riflesso dalle discontinuità presenti nel 
sottosuolo, per cui l’analisi dei tempi di arrivo consente di definire la forma, le 
dimensioni e la profondità alla quale si trova la discontinuità.  
Lo strumento può essere costituito da una o due antenne; nel caso di antenna  
monostatica si utilizza una sola antenna che funge sia da trasmettitore che da 
ricevitore dell’ impulso elettromagnetico inviato nel terreno, nel caso, invece, si 
lavori in modalità bistatica, si utilizzano due antenne in cui una è utilizzata come 
trasmettitore e l’altra funge da ricevitore. 
 
Il Georadar, in condizioni ottimali può avere un’elevata risoluzione, esso è 
un metodo non distruttivo e non invasivo, inoltre molto veloce nell’acquisire i 
dati. Allo stesso tempo però, poiché le sue onde vengono notevolmente assorbite, 
è un metodo adatto per indagini a piccola profondità, non idoneo quindi, per 
rilievi a profondità maggiori di 40 m.  
Il successo dei rilievi GPR in archeologia dipende da molti fattori:  
 ξ  tipo di terreno;  
 ξ  composizione mineralogica dei sedimenti;  
 ξ  contenuto di argilla; 
 ξ  umidità del terreno;  
 ξ  profondità degli oggetti sepolti;  
 ξ  superficie topografica e vegetazione. 
La scelta dell’antenna deve essere fatta in funzione della risoluzione e 
dell’approfondimento richiesto; maggiore è la frequenza dell’antenna, maggiore è 
la risoluzione, ma naturalmente minore sarà la profondità di investigazione. A 
titolo di esempio viene riportata qui di seguito in  tab. 2 la risoluzione massima 
per alcune antenne, nell’ipotesi una velocità di propagazione V = 10 cm/ns e 
attenuazione Ε = 140 dB 
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TABELLA 2 
Frequenza dell’antenna
(MHz) 
Profondità di 
investigazione 
(m) 
Risoluzione 
(m) 
35 ~ 40 1.5 ÷ 0.7 
100 ~ 30 25 ÷ 50 
500 ~ 5 5 ÷ 10 
 
La tecnica di acquisizione più utilizzata è in modalità continuo, dove 
l’antenna monostatica viene trascinata lentamente a velocità possibilmente 
costante. In questo modo, con la sorgente e il ricevitore coincidenti, è possibile 
ridurre notevolmente i tempi di acquisizione. 
 
1.1.2 – Metodo Elettromagnetico 
Il metodo elettromagnetico EM nel dominio della frequenza (FDEM) 
utilizza la generazione da parte di una bobina trasmittente (Tx), di un campo 
elettromagnetico detto “primario”, che induce nel sottosuolo (o nel corpo 
investigato) una circolazione di corrente che a sua volta genererà un campo 
elettromagnetico detto “secondario”, la cui intensità è proporzionale alla 
conduttività elettrica del mezzo attraversato. 
La conduttività elettrica (l’inverso della resistività) dei suoli e delle rocce 
dipende da vari fattori quali il grado di saturazione, la salinità dell’acqua dei pori, 
la composizione mineralogica. Il metodo elettromagnetico consiste nel 
riconoscere, attraverso le modificazioni subite dal campo EM emesso, le zone 
anomale conduttive delle rocce. 
Tale tecnica si contraddistingue per la rapidità di esecuzione delle misure, 
pressoché continue arealmente, evitando qualsiasi alterazione dei luoghi e 
mantenendone la fruibilità. Si utilizza uno strumento detto elettromagnetometro 
con il quale è possibile eseguire un'esplorazione veloce e nello stesso tempo 
dettagliata di vaste aree di territorio.