Analisi dei principi e dei metodi per la valutazione della sostenibilità dei prodotti e dei processi con un'applicazione ai componenti per l’edilizia

Tale elaborato si pone l’obiettivo di analizzare una tematica oggigiorno molto discussa, ma tuttora per molti versi inesplorata: la sostenibilità. Esso è stato scritto con la volontà di rendere disponibile uno scritto di consultazione che fornisca una panoramica il più possibile completa sugli studi e le metodologie applicative elaborati fino ad ora connessi al tema della sostenibilità. La logica con cui lo scritto è articolato, prevede in primis un inquadramento generale sul tema della sostenibilità, fortemente connesso con il concetto di Life Cycle Thinking, e prosegue concentrando l’attenzione su aspetti via via più specifici. Il focus dell’analisi si concentra infatti sullo studio delle singole tecniche del ciclo di vita e successivamente sulle potenzialità di applicazione delle stesse ad uno specifico settore: quello edilizio. All’interno di questo settore è poi fornito un dettaglio in merito ai materiali ceramici per i quali si è intrapreso un serio percorso verso l’applicazione concreta dei principi dello sviluppo sostenibile. Per consolidare i temi trattati, l’elaborato si concentra infine sull’analisi di due studi applicativi: uno studio di Life Cycle Assessment e uno di Life Cycle Costing realizzati al fine di studiare i profili ambientale ed economico delle piastrelle ceramiche in contrapposizione a quelle in marmo.

A caccia dei tesori dell’arte. Gioco formativo dedicato all'apprendimento dei simboli nei dipinti.

Il prodotto consiste in un mazzo di 45 carte da utilizzare come strumento e gioco per bambini dai 10 anni in su per aiutarli mentre affrontano temi sacri e profani all’interno di Musei d’Arte e Pinacoteche. Questo viene fatto attraverso i simboli materiali dei quadri che vengono sfruttati come chiavi di lettura.

Durabilità di trattamenti per superfici ceramiche

Negli ultimi anni, lo sviluppo tecnologico e il progresso nel campo della nanotecnologia hanno portato ad un radicale cambiamento per i prodotti ceramici: oltre all’innovazione di formati e spessori, si è cominciato ad utilizzare trattamenti funzionali capaci di trasformare sistemi di rivestimento convenzionali in rivestimenti “intelligenti”. Questo ha comportato l’utilizzo di questi materiali, tradizionali ma “innovati” nelle loro prestazioni, in contesti in precedenza non considerati. L’efficacia di questi rivestimenti al momento della loro applicazione non rappresenta più una novità, mentre a livello normativo e procedurale vi è una grossa lacuna per quanto riguarda la valutazione della durabilità dei rivestimenti e la capacità di mantenimento nel tempo delle prestazioni iniziali. Per questo motivo, il presente lavoro è stato orientato verso uno studio riguardante la durabilità dei trattamenti di completamento applicati a superfici ceramiche, in considerazione della crescente importanza che essa ha assunto negli ultimi anni per la valutazione dei costi relativi al ciclo di vita. Quando si parla di durabilità si pensa all’essere durevole nel tempo e quest'ultimo è influenzato da una molteplicità di fattori che possono portare ad una condizione di degrado, legati sia all’ambiente in cui il materiale vive, sia all’invecchiamento del materiale stesso, rendendo la stima della durata un’operazione estremamente complessa. Il percorso di ricerca, partendo da una valutazione delle diverse metodologie normate e procedure presenti in letteratura, si è orientato verso l’analisi dei metodi rivolti alla valutazione della durabilità dei trattamenti superficiali, così da poter condurre un confronto sperimentale, tra i risultati conseguiti con l’applicazione delle metodologie proposte dalle norme ed il comportamento effettivo in servizio. Nella ricerca è stato importante definire i fattori che determinano i meccanismi di degrado e la modalità con cui applicarli in laboratorio.

Analisi delle microstrutture generate su ingranaggi per uso automotive da processi di rettifica a secco

Il contenuto della tesi riguarda un progetto di ricerca avente come scopo l’eliminazione degli olii di rettifica dal processo di taglio, avviato da alcune aziende del territorio emiliano, con la collaborazione dell’Università di Bologna e di Genova. In particolare essa tratta la rettifica degli ingranaggi a secco, poiché molte aziende del territorio emiliano si occupano della produzione di macchine per la realizzazione degli ingranaggi, oppure della fabbricazione vera e propria degli stessi. Inoltre viene trattato con particolare attenzione uno dei problemi fondamentali che si possono manifestare con la rettifica: le bruciature. Viene eseguita un’analisi dettagliata delle microstrutture dei materiali e di quali sono gli effetti provocati dalle bruciature nel processo di rettifica a secco degli ingranaggi.

Historic Building Information Modelling: il caso della Rocca di San Felice sul Panaro

Il Building Information Modelling nasce da un processo di integrazione sostenibile, basato sull'interoperabilità dei processi. La caratteristica vincente è la circolarietà delle informazioni: ogni informazione è gestita come parametro di un ricco e complesso modello parametrico dell'edificio; la geometria, i materiali, i costi ed i tempi sono gestiti come parametri internamente collegati e quindi variabili di uno stesso sistema. Nel caso di beni storici, la maggior parte degli edifici possiede vincoli intrinseci che influenzano tali parametri. I materiali non possono essere scelti liberamente, in quanto parte di un organismo esistente, la geometria dell'edificio è definita e difficilmente sarà variata negli interventi di recupero. Nella presente tesi si applica il metodo CLOUD2FEM al mondo dell'Historic Building Information Modelling (HBIM) concentrandosi sullo studio della Rocca Estense di San Felice sul Panaro, colpita dal sisma dell'Emilia e attualmente inagibile. La procedura CLOUD2FEM permette di trasformare le informazioni ricavate dal laser scanner in mesh chiuse e regolari, generando in modo semi-automatico un modello FEM 3D. Nel caso di costruzioni complesse, la cui geometria non può essere ricondotta a modelli semplificati, è necessario valutare l'attendibilità del modello strutturale. Nel caso in esame, la validazione è stata condotta mediante il confronto del danno rilevato con il danno simulato. La flessibilità del modello permette di aggiungere dettagli inizialmente non rilevati: ogni informazione è inserita nel modello attraverso un parametro differente, al fine di eseguire analisi sullo stato di fatto e su futuri stati di progetto con semplice aggiornamento dei parametri.

Valutazione dell’efficacia di barriere chimiche contro l’umidita’ da risalita capillare nelle murature mediante modelli di laboratorio

La risalita capillare di umidità nelle murature storiche è la principale responsabile del degrado dei materiali. La metodologia ad oggi più utilizzata in tale campo è quella basata sull’iniezione di prodotti chimici in grado di formare barriere artificiali che blocchino il flusso ascendente dell’acqua, ma è ancora in fase di perfezionamento. Per potere svolgere tale perfezionamento, è utile disporre di una metodologia attendibile per la valutazione dell’esito dei trattamenti, ossia un metodo standardizzato che possa garantire una corretta misurazione del contenuto di umidità nelle murature pre e post iniezioni. Nella presente tesi, che ha lo scopo di valutare l’efficacia di alcuni prodotti per barriere chimiche nelle murature, si è utilizzato un metodo di laboratorio standardizzato proposto dai ricercatori del LASTM (DICAM), che permette di riprodurre in laboratorio il processo di risalita dell’umidità e, allo stesso tempo, permette di potere svolgere le misurazioni del contenuto d’acqua interno ai materiali con il metodo diretto. I trattamenti, svolti in collaborazione con la Azienda inglese “Safeguard”, produttrice di resine impermeabilizzanti, sono stati effettuati su vari modelli, costituiti di laterizi e malta, preventivamente sottoposti a differenti condizioni ambientali. Successivamente si è svolto un monitoraggio periodico per potere determinare sia l’efficacia dell’intervento che l’attendibilità del modello. Dopo avere studiato un sistema di controllo delle condizioni di laboratorio, si è ritenuto opportuno svolgere anche alcune prove di caratterizzazione dei materiali utilizzati nella costruzione dei vari modelli, per conoscerne appieno le caratteristiche e potere valutare con maggiore attendibilità i risultati dei trattamenti. Infine, per approfondire le dinamiche di diffusione dei formulati chimici all’interno dei materiali, si sono svolte prove su travetti di malta.

Grafene: proprietà chimico-fisiche strutturali e applicazioni innovative in campo biomedico

Il mio elaborato, partendo dalla scoperta di un nuovo materiale, il grafene, ne illustra le caratteristiche, la produzione, la distribuzione e le applicazioni. Lo studio è stato condotto tramite l' utilizzo di fonti bibliografiche e sitografiche , con lo scopo di far conoscere questo nuovo materiale e di illustrarne le potenzialità e le forme di utilizzo, in particolare in ambito biomedico. Si illustreranno nel dettaglio le sue proprietà fisiche e chimiche, descrivendo alcuni metodi sperimentali con i quali viene sintetizzato. In particolare, vedremo nel dettaglio la tecnica sperimentale di sintesi, chiamata Chemical Vapour Deposition, e il successivo trasferimento del grafene prodotto su diversi substrati adatti per la sua caratterizzazione. Inoltre, analizzeremo lo sfruttamento tecnologico di questo materiale e le varie possibilità di creare nuovi compositi. Sono state svolte alcune considerazioni non solo sugli scenari attuali, ma anche su quelli futuri, mettendo in luce le ricerche e le tecniche di produzione nell'ambito di una vasta gamma di applicazioni. Il lavoro svolto è stato possibile grazie all' interesse crescente per il grafene che ha portato, il 28 gennaio 2013, la Comunità Europea ad approvare i due più grandi progetti mai finanziati in Europa. Tra questi il Graphene Flagship Project (www.graphene-flagship.eu) che coinvolge oltre 143 gruppi di ricerca da 23 Stati Europei con un budget di 1000 milioni di euro per lo sviluppo di tecnologie e dispositivi a base grafene.

Sviluppo e caratterizzazione di scaffolds polimerici a base di gelatina e nanocellulosa per la rigenerazione dei tessuti

L’ingegneria tissutale rappresenta oggi una delle tematiche più importanti di ricerca in ambito medico-ingegneristico. Questa disciplina si pone come obiettivo di far fronte alla mancanza, sostituzione o riparazione di tessuto attraverso lo sviluppo di scaffolds opportunamente ottimizzati. I polimeri naturali rappresentano una classe di materiali particolarmente indicata per soddisfare i requisiti richiesti soprattutto per la biocompatibilità che spesso li caratterizza. La gelatina è uno dei materiali che si presta alla realizzazione di scaffolds innovativi ad altissima biocompatibilità nonostante le scarse proprietà meccaniche e la facilità di degradazione. Proprio per questo è possibile migliorarne le prestazioni attraverso l’ottimizzazione di processi di blending con altri polimeri, in questo caso le nanofibre di cellulosa e l’impiego di agenti reticolanti. Lo scopo di questo lavoro di tesi, svolto presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC-CNR) di Faenza, è la progettazione, lo sviluppo e la caratterizzazione di scaffolds polimerici porosi a base di gelatina e nanocellulosa opportunamente reticolati per un ampio range di applicazioni nell’ambito dell’ingegneria tissutale. A questo scopo, sono stati sviluppati cinque dispositivi 3D porosi, ottenuti tramite liofilizzazione, che differiscono per il tipo di processo reticolante applicato. Il progetto ha previsto una prima fase di ricerca bibliografica che ha permesso di conoscere lo stato dell’arte sull’argomento trattato. Si è potuto così procedere alla realizzazione degli scaffolds e a una prima caratterizzazione di carattere chimico-fisico e morfologico. A questo punto, sulla base dei dati ottenuti, sono stati scelti i campioni su cui effettuare ulteriori caratterizzazioni meccaniche. In ultimo, sono stati analizzati e rielaborati tutti i risultati.

Tecniche geomatiche di monitoraggio delle strutture e dei ponti

Nel presente elaborato vengono analizzate alcune delle più recenti tecniche per eseguire il monitoraggio e il collaudo delle strutture, con attenzione particolare ai ponti. In una prima parte viene spiegata l'importanza di realizzare un sistema di monitoraggio continuo per le opere al fine di evitare danni alle persone e ai beni materiali. In particolare vengono analizzate tre tecniche quali la fibra ottica, laser scanning e fotogrammetria mostrando per ognuna alcuni esempi applicativi al fine di evidenziarne i vantaggi e le condizioni di utilizzo

Produzione di micro-supercapacitori allo stato semisolido per applicazioni portatili

La seguente tesi prevede la costruzione e caratterizzazione di un micro-supercapacitore asimmetrico composto da un anodo a base di ZnO ed un catodo a base di grafene ossido ridotto (rGO); la combinazione di due materiali con differente natura di accumulo di carica permette quindi di ottenere dispositivi con migliori performance elettrochimiche. Entrambi gli elettrodi sono stati depositati per via elettrochimica su substrati flessibili di PET-ITO. L'ottimizzazione delle proprietà dello ZnO è stata fatta tramite l'aggiunta di molecole di tensioattivi durante la deposizione dello stesso. I risultati ottenuti mostrano un effettivo miglioramento delle proprietà elettrochimiche e della trasparenza dei film di ZnO prodotto grazie all'effetto di tali tensioattivi. Inoltre anche le proprietà di rGO sono state ottimizzate allo scopo di ottenere buone proprietà elettrochimiche abbinate all'elevata trasparenza del film prodotto. Infine sono stati costruiti micro-supercapacitori allo stato semisolido con differenti agenti gelificanti (silice e Nanoclay) ed il loro funzionamento è stato dimostrato.

Studio delle proprietà reologiche di poliuretani termoplastici

Il poliuretano termoplastico (TPU) è un materiale polimerico molto versatile che, se formulato in maniera opportuna può assumere un’ampia gamma di caratteristiche chimico-fisiche e proprietà meccaniche. Per questo motivo negli ultimi decenni sono state studiate estesamente le sue applicazioni e i metodi di sintesi. Il lavoro presentato ha come scopo la valutazione delle proprietà reologiche dei fusi polimerici di una serie di TPUs, mediante l'ausilio di un reometro capillare. A tal proposito lo scopo del progetto è stato quello di incrementare la conoscenza dei fenomeni reologici che avvengono in un fuso polimerico in fase di lavorazione per ottenere un determinato prodotto finito e commercializzabile e che sanciscono l'effettiva realizzazione del processo in funzione delle caratteristiche del TPU in questione. Con l’utilizzo del reometro capillare si ha la possibilità di simulare le condizioni termiche e di stress meccanico delle più comuni tecnologie di formatura dei materiali polimerici: dall’estrusione allo stampaggio ad iniezione, passando per lo stampaggio a compressione. Questa importante caratteristica strumentale risulta utile in fase di assistenza al cliente, in modo da proporre una tipologia di materiale adatta alla tecnologia disponibile e, in alcuni casi, suggerire le condizioni più opportune per la lavorazione dello stesso.

Analisi delle caratteristiche e delle performance di membrane polimeriche a microporosità intrinseca (PIM) per la cattura di CO2

In questo lavoro viene condotta un’analisi critica delle caratteristiche materiali e delle performance di una classe di polimeri recentemente sviluppata, i “Polimeri a Microporosità Intrinseca”, di grande interesse per lo sviluppo di membrane per la separazione di gas, specialmente nella Carbon Capture. Partendo dall’analisi del meccanismo di separazione di gas in membrane polimeriche dense si fornisce una overview sulle tecnologie assodate e innovative per la separazione di gas e per la CC. Le caratteristiche e le proprietà strutturali di rilievo dei polimeri vetrosi sono poi brevemente illustrate e le correlazioni empiriche note tra le suddette e le proprietà di trasporto di materia. Vengono quindi descritti i PIMs analizzando in primis la loro tipica struttura chimica, i processi di sintesi e le caratteristiche principali. Per il PIM-1, capostipite della categoria, il trasporto di gas viene approfondito con lo studio della variabilità delle proprietà quali la permeabilità, la diffusività e la solubilità di penetranti gassosi con i parametri operativi (p, T, composizione dei feed), considerando anche fenomeni tipici dei polimeri vetrosi quali l’aging e l’effetto dei solventi. Sono poi analizzate le proprietà di trasporto nei diversi PIMs, e confrontate con quelle di polimeri di comune utilizzo nelle separazioni in esame. La rielaborazione dei dati raccolti permette di confrontare le performance di una varietà di polimeri nella separazione di gas. In particolare l’analisi critica dei diagrammi permeabilità/selettività induce ad una valutazione approssimativa ma significativa delle possibili soluzioni tra cui optare per una data separazione di gas, considerando anche i parametri operativi tipici della stessa. Infine, vengono riportati e commentati dati di permeazione di miscele gassose in due diversi PIMs e nel polimero PTMSP, ponendo l’attenzione sulle reali condizioni operative con cui la tecnologia a membrane si deve confrontare in applicazioni reali.

Coating bioattivi su zirconia per applicazioni in campo biomedicale: stato dell'arte e prospettive

I materiali bioceramici, in base alla loro capacità d’interazione con l’osso e i tessuti del corpo umano, possono essere classificati in bioinerti e bioattivi. I materiali bioinerti, una volta impiantati, formano uno strato fibroso, non aderente, all’interfaccia con l’osso. Tale strato è una forma naturale di protezione che l’organismo adotta per isolare il materiale che viene, inizialmente, percepito come estraneo. Al contrario, i materiali bioattivi, una volta impiantati, mostrano una risposta biologica immediata, creando un legame attivo con l’osso e i tessuti nel quale vengono impiantati, favorendo e velocizzando la guarigione. La zirconia è un materiale ceramico altamente biocompatibile, definito come bioinerte per la sua scarsa capacità d’integrazione con l’osso ed i tessuti dell’organismo umano. Questa sua particolarità può, nel lungo termine, comprometterne la funzione fino ad arrivare, in alcuni casi, al totale malfunzionamento dell’impianto. Negli ultimi anni, diversi studi sono stati condotti con lo scopo di aumentare la capacità di biointegrazione della zirconia ed alcuni brevetti sono stati depositati. L’obiettivo del presente lavoro è quello di condurre un’analisi bibliografica ed una ricerca brevettuale sul tema dei coating bioattivi su zirconia per impianti dentali ed ortopedici. La necessità di condurre questo studio deriva dalla crescente richiesta di utilizzo della zirconia, in particolare, nel settore dentale. La zirconia rappresenta, infatti, ad oggi, il migliore candidato per la sostituzione dei metalli negli impianti dentali. Le buone proprietà meccaniche, l’eccellente biocompatibilità e l’aspetto estetico molto simile a quello dei denti naturali, rendono questo materiale particolarmente adatto a questo genere di applicazioni. La possibilità di rendere la sua superficie bioattiva rappresenta un importante miglioramento delle prestazioni in termini di biointegrazione, durabilità, sicurezza ed affidabilità.

Analisi di mercato per pannelli fotovoltaici e cogeneratori

L'analisi di questa tesi si basa sui dati ottenuti contattando direttamente le aziende produttrici e/o di progettazione e riguarda due settori energetici: la cogenerazione e il solare fotovoltaico. Nel primo si sono studiate 60 unità complete di cogenerazione il cui studio si è basato sulla costruzione di grafici che mettono in relazione le potenze uscenti con il prezzo. Si è mostrato così la forte presenza di un fenomeno di economia di scala e la diversa ripartizione della potenza prodotta. Per unità di piccola-media potenza predomina la produzione di energia termica, la quale diminuisce la sua quota percentuale all’aumentare della taglia. Nel settore del solare fotovoltaico l’analisi è stata più diversificata e articolata. Si sono analizzati 70 pannelli di cui 35 monocristallini, 14 europei e 21 asiatici, e 35 policristallini, 26 europei e 9 asiatici, per i quali si sono graficati gli andamenti di resa, potenza specifica e costo specifico. I pannelli monocristallini, intrinsecamente più efficienti grazie al maggior grado di purezza, presentano un andamento crescente dei costi piuttosto ripido anche se non proporzionale con l’aumento delle prestazioni. Tra i pannelli policristallini invece si evidenzia l’assenza di un andamento nettamente crescente delle prestazioni all’aumentare dei costi. Confrontando i moduli divisi in base alla macro-regione di produzione si nota che l’Asia produce i pannelli al Si monocristallino più efficienti e più costosi mentre pannelli al Si policristallino più economici, ma con prestazioni in linea con quelli europei.Con i dati raccolti si è potuta svolgere anche una ristretta analisi sui pannelli al film sottile. Quelli che utilizzano il Si amorfo presentano prestazioni così basse da non permettere loro una vera affermazione sul mercato. Quest’ultima si presume che sarà invece possibile per pannelli basati su diversi materiali semiconduttori che presentano buoni livelli di prestazioni, ma prezzi ancora troppo elevati.

Degrado e protezione del calcestruzzo armato

Il presente lavoro si propone di analizzare il calcestruzzo armato come materiale da costruzione, in particolare focalizzando l’attenzione sulle tecniche di prevenzione di alcuni tipi di degrado con l’utilizzo di trattamenti superficiali. Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più utilizzati in quanto presenta molteplici vantaggi come la libertà di forma, il basso costo dei materiali ed il buon comportamento strutturale. Nonostante quanto detto, si possono evidenziare delle criticità inerenti all’utilizzo di questo materiale, il tema centrale di questo lavoro è quello di analizzare nuove tecniche di protezione atte a salvaguardare la struttura da tre diverse tipologie di degrado, valutandone l’effettiva efficacia nell’ottenere quello per cui sono state previste. Nei primi capitoli si esaminerà il calcestruzzo come materiale da costruzione e saranno spiegati i processi che il conglomerato cementizio deve compiere per diventare un materiale indurito e resistente. Nel terzo capitolo si affronteranno, senza entrare nella descrizione puntuale di ciascuna di esse, le diverse cause di degrado del calcestruzzo armato. Infine nel quarto ed ultimo capitolo, verranno esposti tre casi studio: il primo tratta di un tipo di degrado spesso non preso in considerazione ma causante ingenti danni all’aspetto paesaggistico e al patrimonio storico: si analizzano i rivestimenti da poter applicare al calcestruzzo per rendere più semplificato il processo di rimozione dai graffiti. Il secondo si ripromette di analizzare l’efficacia nel proteggere le armature di acciaio dalla corrosione per mezzo un nuovo tipo di pigmenti core-shell poco costosi ma soprattutto ecosostenibili. Infine si porrà lo sguardo su un problema non indifferente ovvero quello della protezione del calcestruzzo armato dalle alte temperature anche in questo caso utilizzando un trattamento superficiale volto a migliorare le performance del calcestruzzo durante l’incendio.