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MISURE PER L’AMBIENTE E IL COSTRUITO Andrea Cataldo *, Egidio De Benedetto *, Giuseppe Cannazza **, Nicola Giaquinto **, Emanuele Piuzzi ***
Health monitoring in materiali edili con elementi sensibili embedded a basso costo attraverso la tecnica della riflettometria nel dominio del tempo
HEALTH MONITORING OF BUILDING MATERIALS AND STRUCTURES THROUGH PASSIVE, DIFFUSED, EMBEDDED SENSING ELEMENTS A time-domain reflectometry (TDR)-based system for monitoring moisture content in building structures and materials is presented. This system employs simple, low-cost, flexible bi-wires, which act as “distributed” sensing elements (SE’s), which are embedded permanently inside the structure. The SE’s can be used both for monitoring the hydration process of the fresh mixture and, successively, for monitoring water infiltrations or moisture variations of the structure. RIASSUNTO Questo lavoro riguarda la validazione sperimentale di un sistema di misura basato sulla riflettometria nel dominio del tempo (TDR) per il monitoraggio del contenuto d’acqua in strutture e materiali edili. Il sistema presentato impiega semplici elementi sensibili (ES) “distribuiti” e flessibili. Tali ES vengono integrati nella struttura da monitorare e possono essere utilizzati per monitorare sia l’idratazione della miscela fresca, sia le variazioni di umidità della struttura in esercizio. ESIGENZE DI MONITORAGGIO DELL’UMIDITÀ NELLE STRUTTURE EDILI
È noto che la presenza di umidità nelle strutture murarie può provocare seri danni di natura strutturale (provocando ad esempio la corrosione prematura delle barre d’acciaio delle armature), oltre a essere causa di effetti negativi igienico-sanitari e di carattere estetico. Pertanto, è fondamentale monitorare costantemente il contenuto di umidità o la variazione nel tempo del contenuto d’acqua nelle strutture murarie. Molte delle soluzioni presenti allo stato dell’arte si basano su sensori puntuali inseriti nella struttura da monitorare. In questo caso, quindi, è necessario inserire nella struttura una moltitudine di sensori e, come diretta conseguenza, risulta difficile ottenere una buona risoluzione spaziale del profilo di umidità [1]. Inoltre, i sensori tradizionali sono per lo più attivi, ovvero richiedono la presenza di batterie on-board per il funzionamento (eccetto per alcuni sistemi, di recente sperimentazione, che
permettono la ricarica wireless) e procedure di calibrazione talvolta laboriose, nonché scarsa integrabilità con sistemi di telegestione. Partendo da queste considerazioni, la presente attività di ricerca riguarda l’implementazione di un sistema di monitoraggio dello stato di salute, associato al contenuto d’acqua residuo, in strutture edilizie basato sulla riflettometria nel dominio del tempo (time domain reflectometry, TDR). Tale sistema prevede che, già in fase di posa in opera della struttura, gli elementi sensibili (ES) bifilari a bassissimo costo (simile a quelli impiegati in [2-4] per la localizzazione di perdite in condotte idriche interrate) vengano inglobati all’interno della struttura. Un segnale elettromagnetico (EM) viene quindi fatto propagare in tali ES e, dall’analisi dei segnali riflessi, è possibile sia monitorare nel tempo l’avanzamento dello stato d’indurimento di calcestruzzi, sia effettuare controlli ex-post finalizzati alla localizzazione di profili di contenuto di acqua residui e/o in eccesso, quali infiltrazioni, o altre condizioni associabili a effetti di degrado.
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Una volta installati, gli ES rimangono permanentemente inseriti nella struttura e possono essere “interrogati” quando si ha necessità di acquisire il profilo riflettometrico diffuso. Trattandosi di ES passivi, essi non richiedono la presenza di batterie. L’implementazione su larga scala di tale metodologia porta al concetto di allestimento di vere e proprie “reti di elementi sensibili”. SISTEMA PER IL CONTROLLO EX-ANTE DELLE STRUTTURE EDILI: MONITORAGGIO DEL PROCESSO D’IDRATAZIONE DEL CEMENTO
Di seguito si riportano i risultati ottenuti nella validazione preliminare del sistema eseguita su un campione di malta cementizia realizzato con rapporto pari a 2:6:1 (cemento/sabbia/acqua) e di dimensioni pari a 45,0 x 8,6 x 3,0 cm3. La Fig. 1 mostra la preparazione del campione e la disposizione dell’ES. Le lettere B ed E indicano, rispettivamente, l’inizio e la fine dell’ES. L’ES consiste di due fili di rame paralleli (sezione trasversale del singolo filo pari a circa 1 mm2), inglobati e separati l’un dall’altro da una guaina in PVC.
andrea.cataldo@unisalento.it * Dip. Ingegneria dell’Innovazione Università del Salento - Lecce ** Dip. Ingegneria Elettrica e dell’Informazione - Politecnico di Bari *** Dip. Ingegneria dell’Informazione, Elettronica e Telecomunicazioni Università di Roma “La Sapienza” Memoria presentata al Convegno dell’Associazione GMEE Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche Ancona, 11-13/09/2014
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4/14 ƒ 283