Studio di sistemi NMR per applicazioni petrografiche nella verifica strutturale delle opere edili

Il lavoro di tesi presenta i metodi e le tecniche utilizzate al fine di sviluppare un dispositivo NMR portatile per eseguire indagini su manufatti di grandi dimensioni.
L'attività di ricerca è stata svolta presso la facoltà di Ingegneria, l'Istituto di Fisiologia Clinica del CNR di Pisa e l'azienda WEST Systems che ha fornito parte della strumentazione e la possibilità di frequentare le officine di lavoro. Nella tesi è presentato lo studio di sistemi magnetici innovativi, di piccole dimensioni, per la generazioni di campi magnetici statici con un elevato grado di omogeneità e forte intensità, il progetto di bobine di trasmissione e ricezione a radiofrequenza, inoltre vengono affrontate le problematiche relative all'indagine di risonanza allo stato solido.
L'obiettivo della tesi è quello di verificare la possibilità di realizzare un dispositivo portatile di risonanza magnetica, e proporre nuove soluzioni a problemi ben noti delle indagini di risonanza sui solidi, tra i quali la presenza di disomogeneità dei campi magnetici indotti nel campione, la bassa intensità dei segnali rilevati dal campione e la difficoltà nel rilevare i segnali per l'indagine di risonanza condotta sui solidi porosi.
Nella tesi si parlerà della necessità di verificare le strutture edili realizzate in calcestruzzo armato per il controllo degli stati di esercizio degli edifici. Il degrado del calcestruzzo, conseguente a diversi fattori di natura ambientale e progettuale oppure causato da fenomeni eccezionali (terremoti), mina la funzionalità della struttura, la quale deve quindi essere risanata. Prima fra tutte è la degradazione della matrice cementizia dovuta alle conseguenze dell'ossidazione dell'armatura, parte integrante del calcestruzzo armato.
Dopo aver approfondito i principi fisici con cui sono sviluppati i dispositivi classici di RM ed averne analizzato le limitazioni, viene proposta l'analisi di progetto per la realizzazione di uno spettrografo RM trasportabile; adatto alle indagini sui materiali solidi eterogenei di tipo poroso.
Sono realizzate e proposte le simulazioni di sistemi magnetici innovativi, utilizzati per generare il campo magnetico statico, con la maggiore uniformità possibile. Nella preparazione della tesi ci si affida ad alcuni software di simulazione per risolvere le mappe di campo magnetico. Questi programmi sono validati attraverso la verifica dei risultati con le misure sperimentali e con il confronto di dati noti in letteratura.
In conclusione alla tesi viene proposto un metodo per valutare lo stato di ossidazione delle barre di acciaio interne alla struttura senza modificare l'opera in alcun modo. I risultati delle spettrografie ottenute dall'analisi del materiale, sulle specie chimiche presenti e le loro interazioni, permette la stima della quantità dei composti presenti, dunque si potrà valutare la presenza dei prodotti di ossidazione del ferro che si sono accumulati nel tempo e che ne caratterizza la corrosione.
L'analisi permetterà di individuare le parti di armatura che sono state maggiormente attaccate dalla corrosione e che debbono dunque essere risanate.