I kulturvårdande, historiska och arkeologiska sammanhang läggs ofta mycket kraft på detektivarbete för att ta reda på hur huset är byggt, hur den ursprungliga rumsindelningen var gjord och hur djupt vittringen har påverkat? Med fokus på tillämpningar som att hitta dolda byggnadsrester, hålrum och installationer, presenterar mats svensson här modern icke-förstörande mätteknik och moderna mätverktyg som kan vara användbara inför t ex restaureringsarbeten. Ett samlingsnamn för metoderna är geofysik.

Naturens egna material – sand, berg, trä, vatten – skiljer sig åt på en mängd olika sätt. Bland annat har de olika densitet, fukthalt, porositet, joninnehåll och mineralinnehåll. Alla dessa fysikaliska parametrar kan med olika metoder mätas och sättas värden på. Eftersom materialen oftast befinner sig under markytan kallas metoderna för geofysiska. Metoderna utnyttjar egenskaper som t ex ett materials elektriska ledningsförmåga, magnetism, järninnehåll, impedansskillnad mellan olika material och förmåga att transportera ljudvågor.

Eftersom material till byggnader och anläggningar har hämtats från naturen är det rimligt att anta att dessa metoder kan utnyttjas för att detektera skillnader mellan olika material och byggnadsdelar. Av det skälet används metoderna också för arkeologiska ändamål, att söka efter gamla husgrunder och gravar etc. Geofysiska metoder kan också användas för att mäta upp lageruppbyggnader i konstruktioner, väggtjocklekar, leta dolda sprickor, bedöma hållfasthet och leta efter installationer och hålrum.
Nedan beskrivs några av de geofysiska metoder som används idag.

Georadar

Principen är densamma som ett ekolod utnyttjar för att mäta vattendjupet under en båt. Med georadar sänds radiovågor ner i marken och reflekteras tillbaka då egenskaperna plötsligt förändras, t ex om ett föremål, husgrund eller en bergyta påträffas, eller en fysikalisk egenskap som t ex ett materials vatteninnehåll förändras. Den reflekterade vågen tas emot av en mottagarantenn och en 2D-profil produceras längs uppmätt linje. Flera tätt utförda linjer kan sedan läggas samman till en 3D-bild över uppmätt område. Figurerna ovan visar resultat från mätningar som utförts vid Uppsala domkyrka, i form av en plankarta. Mätning utförs normalt i promenadtakt med instrument och antenn dragen efter sig, se bilden ovan.

Georadartekniken kan användas för en mängd tillämpningar. Den huvudsakliga skillnaden mellan olika tillämpningar är val av antennfrekvens. Ju högre upplösning som efterfrågas desto högre frekvens krävs. Det fysikaliska priset man får betala för den förbättrade upplösningen är en försämrad djupnerträngning. För detektering av byggnadsrester under markytan är en antennfrekvens på 250 eller 500 MHz lämplig. Om man istället är ute efter att detektera installationer, armering eller skiktgränser i t ex väggar är en högre frekvens, 1–2 GHz, att föredra. En sådan utrustning och mätförfarande med tillhörande resultat visas på bilderna till vänster. Radar-tekniken är sannolikt den för närvarande mest tillämpliga metoden för undersökning av befintliga konstruktioner, då en bild av den undersökta volymen efterfrågas.

Magnetometri

En annan metod för att skilja olika material från varandra är magnetometri. Med denna teknik mäts olika materials magnetiska egenskaper med en sk magnetometer. Mätningarna utförs oftast, liksom med de flesta av de geofysiska metoderna, längs linjer över det intressanta området. Samma metodik gäller även för presentation av mätdata. Plankartor med uppmätta värden ritas upp, och utnyttjas sedan för tolkning av eftersökt struktur eller objekt. På bilderna ovan visas instrument och exempel på mätresultat vid en arkeologisk tillämpning.
Vid arkeologiska tillämpningar är i dagsläget magnetometri den av de geofysiska metoderna som oftast ger högst upplösning..

Elektromagnetiska metoder

Genom att med ett instrument skicka ut ett elektromagnetiskt fält laddas elektriska ledare i omgivningen tillfälligt upp och sänder i sin tur under en kort stund ut ett sekundärt elektromagnetiskt fält. Detta sekundära elektromagnetiska fält kan med olika instrument (samma som sänder ut) mätas upp. Eftersom olika material laddas upp olika bra kan man efter mätningar över ett område plotta upp en karta som ger en bild över variationen av det uppmätta elektromagnetiska fältet. Denna bild kan sedan tolkas efter intressanta objekt eller förändringar beroende på undersökningens syfte. Figuren ovan visar exempel på resultat från ett område i Hildedal, Göteborg, där det tidigare har legat en bensinstation. En dold betongplatta och en gammal bensintank kan tydligt ses och tolkas.

Resistivitet

Med denna teknik mäts olika materials förmåga att leda elektrisk ström. Ström sänds ut mellan två strömelektroder, dvs stålpinnar nedförs i det intressanta materialet, varefter spänningsfallet mäts mellan två andra elektroder. Metoden används inom geoteknik, arkeologi, undersökning av byggnader och till och med för undersökning av människokroppen i medicinska sammanhang.

Akustiska metoder

Metoder som bygger på ljudvågors utbredningshastighet i olika material benämns normalt för seismiska metoder. Andra benämningar eller varianter av principen är t ex impact echo, ultraljud, sonic logging. Principen är att om det utsända ljudet kommer tillbaka fort så är materialet hårt, och ju långsammare det transporteras ju lösare är det undersökta materialet. Låga hastigheter i stenmaterial kan också tyda på att materialet är vittrat. Sådana mätningar har bland annat RAÄ låtit utföra på fundament till statyer (Bodare A., KTH, 1997).
I vardagslivet gör vi själva varje gång vi knackar på ett material med fingret en seismisk utvärdering beroende på hur knackningen låter. Är materialet hårt eller mjukt? Är det hålrum bakom tapeten? Bilderna ovan till höger visar exempel på en scannermonterad och automatisk utrustning som kan användas för att detektera hålrum i byggnader eller dylikt.

Sammanfattning

Geofysiska mätmetoder har stor potential att i ett tidigt skede av ett restaureringsarbete kunna ta fram information om ett aktuellt objekt eller en yta. Eftersom metoderna inte gör någon åverkan och är relativt snabba att utföra kan den nedlagda kostnaden betala sig, eftersom övriga undersökningsinsatser kan bli mer precisa och välvalda.
Hur väljer man då metod? Det viktigaste är att verkligen ha frågeställningen klar för sig, dvs veta vilken fysikalisk egenskap hos det aktuella objektet som är lättast att detektera. Är det ett metalliskt föremål är t ex magnetometri förmodligen metodval nr 1, om det är fuktfrontens läge i en tjock gammal mur är troligen ytvågsseismik den bästa metoden, gäller det arkeologiska lämningar väljer man magnetometri eller georadar osv. En inledande diskussion med en engagerad uppdragsgivare brukar leda rätt.
Vad kostar det? Givetvis beror det på önskad upplösning, områdets storlek och så vidare, men i byggnadssammanhang, dvs när det gäller undersökning av byggnader eller ett relativt begränsat område inom en fastighet, bör en sådan undersökning kunna utföras av en person på en till två dagar. Med utvärdering, tolkning och rapport innebär det mycket uppskattningsvis 15 000–30 000 kr. Viktigt är att instrumenten handhas och data utvärderas av en utbildad person. Utrustningen finns att tillgå endast på några få hyrställen samt hos några få företag i Sverige.

Mats Svensson

Tekn Dr i geoteknik med inriktning på tillämpning av geofysiska mätmetoder. Han är är anställd hos Tyréns AB i Helsingborg.

mats.svensson@tyrens.se

4/2005