Attività 3.2 Materiali funzionalizzati per il settore dei Beni Culturali
Questa attività è finalizzata alla messa a punto di un tessuto funzionalizzato, che permetta
contemporaneamente di rinforzare una struttura e di monitorarne lo stato deformativo e termico
durante l’intero ciclo di vita, grazie alla presenza di sensori in fibra ottica inseriti durante la fase di
tessitura.
Dopo l’individuazione delle architetture tessili più adeguate, a seconda delle specifiche strutturali e
delle varie problematiche di tipo applicativo (ad esempio, le matrici inorganiche necessitano di
strutture più aperte per permettere un ingranamento meccanico), si passerà alla scelta del tipo di
sensore da inserire all’interno del tessuto, in base al tipo di fenomeno da monitorare (deformazione,
temperatura, etc.) alla strategia di monitoraggio da adottare (locale o distribuito), alla disposizione
dello stesso all’interno del tessuto, alle problematiche di tipo applicativo (possibile danneggiamento
del sensore in fase di laminazione manuale del composito e necessità di sviluppare adeguati
dispositivi di protezione della fibra ottica nei punti di uscita del tessuto) e all’esigenza di
contenimento dei costi per applicazioni in ambito civile.
Si terrà, altresì, conto delle problematiche inerenti la fase di produzione del tessuto stesso
(l’eventualità che, durante la fase di tessitura del tessuto sensorizzato, la fibra ottica possa subire
una curvatura, con conseguenti implicazioni negative sulle sue performance di misura), la verifica
del corretto funzionamento del sensore in esercizio e la fase di installazione in situ.
Certamente più accattivante, per le applicazioni descritte, appare la possibilità di realizzare un
tessuto sensorizzato con una fibra ottica in grado di effettuare un monitoraggio distribuito nello
spazio. Bisogna tenere conto che lo sviluppo di un tale sistema, da interrogare con tecniche di
Brillouin Scattering oppure Rayleigh Scattering, richiede la definizione di soluzioni tecnologiche
che consentano di preservare la fibra ottica da sollecitazioni termiche/meccaniche non correlate agli
stati tensionali/termici di interesse. A tal proposito, nel progetto, si studieranno diverse possibili
soluzioni tecnologiche, quali, ad esempio:
1. l’uso di fibra ottica a preservazione di polarizzazione,
2. l’uso di fibra ottica single mode con coating maggiorato e/o in polimeri speciali,
3. la realizzazione dell’elemento senziente attraverso l’impiego di coppie di fibre (disposte
appaiate) con caratteristiche di differente zero – order – dispersion,
4. la sperimentazione di tecniche di filatura che prevedano l’inserimento nel tessuto di fibra ottica
seguendo linee di trama/ordito appositamente predisposte per la protezione della fibra ottica nel
corso delle successive fasi di applicazione,
5. la sperimentazione di tecniche di protezione della fibra ottica basate sull’infilaggio e
incollaggio della stessa in tubetto (inglobato nel tessuto in fase di produzione); in funzione
della applicazione del sensore il tubetto avrà caratteristiche meccaniche e dimensionali
ottimizzate.
Si passerà, quindi, alla definizione dei parametri d’influenza, eventualmente anche tramite prove
sperimentali preliminari, da approfondire, poi, nel corso delle attività successive e, eventualmente,
da aggiornare in seguito a feed – back ottenuti nel corso della sperimentazione.
Una volta progettato il tessuto, si passerà alla caratterizzazione meccanica dello stesso e del
composito da esso ottenuto, al fine di verificarne e, eventualmente, quantificarne il degrado di
proprietà meccaniche conseguente all’inglobamento del sensore in fibra ottica (o del tubicino di
protezione), mediante confronto con provini di controllo senza sensore inglobato.
Saranno effettuate prove morfologiche, tramite osservazioni al microscopio, per valutare l’effettivo
buon inglobamento del sensore all’interno del tessuto.
Verranno, inoltre, effettuati test di invecchiamento accelerato (cicli termici, cicli di umidità e/o
ambienti chimicamente aggressivi), in modo da valutare, oltre che la riduzione di proprietà
meccaniche, anche la possibile diminuzione delle proprietà metrologiche a lungo termine.
Saranno effettuate prove di calibrazione, allo scopo di determinare sperimentalmente la funzione di
trasferimento del sensore inglobato nel tessuto, confrontandola con quella del sensore nudo e
verificandone la linearità e la ripetibilità. In tutte le misure saranno utilizzati anche estensimetri
elettrici di tipo resistivo, in modo da confrontare le misure di deformazione lette dai due sensori.
Una volta caratterizzato il tessuto sensorizzato, si passerà alla realizzazione di opportuni campioni e
alla relativa validazione del sistema smart sviluppato, tramite test su elementi strutturali in piccola
scala su cui sarà applicato il sistema oggetto di studio (test di adesione, meccanici, etc.).
Infine, si redigerà un manuale di istruzioni operative in cui si evidenzieranno le possibili
problematiche operative e i relativi accorgimenti per una corretta installazione in situ.
Il Consorzio CETMA, Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e delle Strutture, ha maturato
alcune preliminari esperienze nel campo della progettazione e caratterizzazione di tessuti
multifunzionali per il rinforzo strutturale e il monitoraggio dello stato deformativo. In particolare,
all’interno di alcuni progetti di ricerca, tuttora in corso, sono state definite possibili architetture
tessili ed effettuati test preliminari riguardanti la modalità di tessitura di un tessuto tecnico
sensorizzato.
Tipologia Attività: Ricerca e Innovazione
Partner Responsabile: CETMA
Partner coinvolto: CACCAVO
Risultati: report/moduli
Sede: Lecce, Brindisi