Il primo aspetto preso in considerazione è stato lo studio e definizione di misure non invasive. Come descritto in precedenza la tecnica geofisica prevede l’inserimento di elettrodi entro il terreno, e la misura della resistenza del materiale attraversato da una corrente. Nel nostro caso l’inserimento di elettrodi all’interno del materiale era da evitare, in quanto l’obbiettivo che ci siamo preposti era la realizzazione di una metodica non invasiva da impiegare sulle opere di interesse artistico. Quindi è stata sviluppata una tecnica “face to face” dove gli elettrodi ad
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anello del diametro di 8 mm sono a contatto con la superficie, e collegati ad un MegaOhmetro. Per rendere possibile il passaggio di corrente e la registrazione della misura è stato necessario impiegare un gel conduttivo. È stata individuata l’idrossipropolcellulosa nota commercialmente con il nome di Klugel che è una colla in polvere, chimicamente neutra e reversibile, in soluzione ha pH neutro ed è solubile in acqua e in solventi organici, quali: alcool etilico, metilico e isopropilico. Addizionato ad acqua crea un gel più o meno rigido in base alla proporzione di liquido. È caratterizzato da un alto potere tensioattivo, che aumenta il potere bagnante e diminuisce la capacità di penetrazione nei materiali porosi.
Per la prima prova è stato utilizzato il gel in proporzioni di 0,030g di Klucel anidro miscelato con 0,006 ml di acqua deionizzata su cui sono stati poggiati gli elettrodi.
A seguito di questo primo test è stato appurato che dopo la rimozione dell’elettrodo e del gel la superficie restava leggermente macchiata dai residui, pertanto è stato applicato sotto i punti di misura un film si carta giapponese.
Figura 32: particolare degli elettrodi posizionati sulla superficie del campione.
Si è visto che l’applicazione del gel libero sulla superficie non è ottimale per le misure, in quanto la distribuzione superficiale non è uguale per tutte le prove e l’acqua del gel è soggetta ad evaporazione, con conseguente irrigidimento del film. Per fronteggiare questa problematica il gel è stato inserito in una capsula cilindrica di plastica morbida, aperta alle estremità così da permettere il contatto con la superficie del campione in basso e con l’elettrodo in alto. Sono state utilizzate due capsule di altezza diversa, così da poter contenere differenti quantità di gel.
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Figura 33: schema del secondo tipo di interfaccia con il gel nell’involucro di plastica..
La soluzione di incapsulare il gel ha permesso di ridurre l’asciugatura dello stesso e migliorare il contatto tra gli elettrodi e la superficie di prova, inoltre sopra l’elettrodo è stato posizionato un film trasparente di plastica per ridurre al minimo l’evaporazione superficiale.
Le capsule scelte hanno dimensioni rispettive di:
• 4 mm di altezza e diametro di 9 mm per contenere un gel di 0,060g di Klucel anidro e 0,012 ml di acqua deionizzata.
• 2 mm di altezza e diametro di 9 mm per contenere un gel di 0,040g di Klucel anidro e 0,008 ml di acqua.
Il rilascio di acqua del gel incapsulato è stato confrontato con quello del gel libero, pesando a tempi noti il volume dei gel, i dati riportati in tabella sono espressi in g.
Tabella 12: quantità di acqua persa dal gel a tempi noti.
15 sec 30 sec 60 sec 180 sec 300 sec 600 sec
A 0,002 0,0045 0,008 0,0105 0,014 0,017
B 0,003 0,003 0,005 0,006 0,008 0,010
C 0,001 0,001 0,002 0,002 0,004 0,005
Dove:
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B= capsula di plastica morbida con gel (miscela di 0,060g di Klugel e 0,012 ml di acqua
deionizzata).
C= capsula di plastica morbida con gel (miscela di 0,040 g di Klugel e 0,008 ml di acqua
deionizzata).
Da Tabella12 si evince come (A) gli elettrodi con il gel posizionati direttamente a contatto della superficie rilascino maggiore quantità di liquido 0,017g in 600 secondi (10 minuti), sebbene contengano la quantità inferiore di gel (Klugel 0,030 g in 0,006 ml); questo è dovuto alla distribuzione non controllata del gel sulla superficie di contatto.
Segue il B, cioè la capsula contenente la quantità maggiore di gel (Klugel 0,060g in 0,012 ml di acqua deionizzata) che rilascia 0,010 g di acqua in 600 secondi (10 minuti).
Infine C, la capsula con la quantità di gel intermedia (Klugel 0,040g in 0,008 ml acqua deionizzata) risulta essere quello che rilascia la minore quantità di acqua 0,005 g in 600 secondi (10 minuti). Per ogni quantità di gel è stata fatta una prova per vedere come la misurazione della resistenza del materiale viene influita dalla quantità di acqua di ogni gel. Sulla superficie di un campione (Arenaria Alastrurey) sono state condotte 16 misurazioni mantenendo un elettrodo fisso in un punto (A) e spostando l’altro (B) ogni cm.
Grafico 9: trend misura condotta con le tre differenti quantità di gel e contatto.
In Grafico 9 sono riportati gli andamenti della Resistenza espressa in MΩ registrati per ogni cm della lunghezza del campione con le differenti quantità di gel.
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Dal grafico si evince che la misura maggiormente lineare e con R inferiore è stata definita dall’impiego del gel libero posto a diretto contatto della superficie.
Segue l’andamento B ottenuto dal gel (0,060g in 0,012ml) che inizia però a presentare delle oscillazioni, queste aumentano nel trend successivo ottenuto con la quantità di gel C (0,040g/0,008ml). Si noti come quest’ultimo presenti valori di R superiori ai trend precedenti. La differenza di R tra i trend è dovuta alla quantità di liquido che penetra nel campione e crea una rete connettiva tra i punti di misura. Per gli elettrodi posizionati sul gel libero non c’è controllo nella propagazione di quest’ultimo sulla superficie porosa, per tanto il passaggio di corrente risulta migliore. Per gli altri due andamenti si può notare come il passaggio della corrente diminuisca in rapporto alla quantità di acqua rilasciata dalle capsule di plastica, minore è l’apporto di acqua, maggiore è la Resistenza e maggiore è la difficoltà che incontra la corrente a passare dal punto A al punto B. In tutti e tre gli andamenti si osserva come questi tendano ad aumentare i valori di R con l’aumento della distanza tra gli elettrodi.
L’utilizzo di elettrodi su gel libero oltre a non permettere un buon controllo della dispersione di liquido nel campione, causa anche una maggiore estensione dell’alone di contatto sulla superficie di misura. I test che vengono descritti successivamente sono stati condotti con la quantità di gel C in quanto evita un eccessivo rilascio di liquido entro il materiale e permette di definire le variazioni di porosità del materiale.