Il monitoraggio e la preservazione del patrimonio culturale è un problema di notevole rilevanza. Poiché l'umidità è una delle cause principali di decadimento dei materiali da costruzione sia antichi che moderni, un'ampia gamma di tecniche di misura convenzionali viene utilizzata per rivelarne la presenza. Tuttavia, tali tecniche sono costose e richiedono operatori qualificati. Le tecniche basate su sensori facenti uso di risonatori a microonde consentirebbero, invece, di sviluppare approcci non invasivi e a basso costo.
Anche dal punto di vista del monitoraggio strutturale, le infrastrutture civili sono sistemi complessi la cui manutenzione preventiva è cruciale. Anche in questo caso i sensori risonanti potrebbero affiancarsi ai convenzionali estensimetri, accelerometri, etc., prestandosi molto bene non solo a monitorare l'eventuale assorbimento di umidità, ma anche a rilevare tempestivamente la presenza di eventuali fessurazioni nel materiale.
Scopo del presente progetto è lo studio, realizzazione e caratterizzazione di sensori elettromagnetici risonanti, eventualmente configurati in una struttura a rete, per il monitoraggio dello stato di conservazione di materiali da costruzione e ornamentali.
Nello svolgimento del progetto verranno analizzate strutture risonanti alternative rispetto al tradizionale patch rettangolare, che consentano un'individuazione più accurata della frequenza di risonanza e una misurazione simultanea della permettività e della tangente di perdita del materiale.
Si provvederà, inoltre, a realizzare una rete di sensori risonanti, che sia possibile interrogare "serialmente" ed in maniera remota da un unico punto di accesso.
Tutti i sensori saranno preventivamente sottoposti a una taratura "assoluta", per stabilirne il legame con materiali aventi caratteristiche di permettività e tangente di perdita note, e quindi a una taratura specifica che consenta di risalire al livello di umidità ovvero all'entità di eventuali difetti del materiale.
Nonostante l'assorbimento di umidità sia una delle cause principali e note di deterioramento sia dei manufatti di interesse storico che delle opere infrastrutturali di ingegneria civile, a oggi le tecniche consolidate per il suo monitoraggio sono tipicamente costose, richiedono personale qualificato e non sono idonee a un monitoraggio continuativo e non invasivo delle opere.
La soluzione proposta nel presente progetto di ricerca, basata sull'utilizzo di risonatori a basso costo e basso profilo, consentirebbe lo sviluppo di soluzioni innovative utili sia all'esecuzione di sondaggi estemporanei a basso costo e automatizzati, con intervento minimo da parte dell'operatore, che per l'implementazione di monitoraggi permanenti e a basso impatto visivo. È da sottolineare, in particolare, come non solo i risonatori planari siano realizzabili a costi nettamente contenuti, ma siano oramai disponibili sul mercato sistemi di misura compatti, e a costi contenuti, con i quali misurare la risposta del sistema di sensori (è possibile acquistare analizzatori di rete vettoriali portatili con banda fino a 3 - 4 GHz a costi nettamente inferiori a 1000 € [1]).
L'importanza, poi, del monitoraggio strutturale delle opere in cemento armato è quanto mai evidente alla luce degli eventi, a volte anche tragici, che hanno caratterizzato l'ultimo periodo, in particolare con riferimento alle infrastrutture autostradali. Riuscire a individuare i primi segnali di deterioramento al loro insorgere è l'unica soluzione per consentire interventi di manutenzione preventiva e assumere eventuali restrizioni a salvaguardia dell'incolumità pubblica. La rete di sensori che si intende sviluppare nel presente progetto di ricerca, costituita da una serie di sensori affogati nel cemento, costituirebbe una soluzione innovativa, al momento non disponibile in letteratura e sul mercato, per il monitoraggio diffuso, continuativo e a basso costo. Da sottolineare, in particolare, come la soluzione proposta si possa affiancare a sistemi già proposti in letteratura per l'interrogazione senza contatto della rete di sensori e la sua alimentazione wireless [2].
[1] https://pocketvna.com/
[2] L. Gallucci, C. Menna, L. Angrisani, D. Asprone, R. Schiano Lo Moriello, F. Bonavolontà, F. Fabbrocino, "An Embedded Wireless Sensor Network with Wireless Power Transmission Capability for the Structural Health Monitoring of Reinforced Concrete Structures", Sensors (Basel) 2017 Nov; 17(11): 2566.