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Avviso per la presentazione di progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentale nelle 12 Aree di specializzazione individuate dal PNR 2015-2020
Capitolato Tecnico, ai sensi dell’art. 4 co. 10
(da compilare in italiano e in inglese per un numero massimo di 100.000 caratteri e un numero massimo n. 60 pagine
1. ELEMENTI DESCRITTIVI DEL PROGETTO 1.1 TITOLO E DURATA
Titolo del progetto: Materiali di nuova generazione per il restauro dei Beni Culturali: nuovo approccio alla fruizione
Acronimo del progetto: AGM for CuHe
Soggetto Capofila: Università degli Studi di CATANIA Durata del progetto: 30 mesi
1.2 AREA DI SPECIALIZZAZIONE Cultural Heritage
1.3 SINTESI DEL PROGETTO (ABSTRACT)
AGM for CuHe si prefigge l’avanzamento delle conoscenze sui materiali innovativi per il restauro di monumenti del patrimonio culturale in aree in cui questo ha grandi potenzialità quale motore trainante dell’economia. I materiali che si intende studiare devono essere eco friendly, smart e con ottime caratteristiche tecniche.
AGM for CuHe avrà rilevanti ricadute nell’ambito dei BC attivando un percorso sistemico che partendo dalla formulazione dei materiali, incentiverà gli interventi di restauro e determinerà la crescita di una nuova idea di fruizione turistica
Per la tutela e la messa in sicurezza di monumenti collocati in regioni con elevata sismicità, il progetto prevede l’avanzamento delle conoscenze nello sviluppo di modelli in condizioni di sollecitazione sismica Le applicazioni a casi reali saranno precedute dalla modellizzazione dell’intervento di restauro basata sui dati del substrato e sulle interazioni con i materiali sperimentali.
Lo sviluppo sperimentale sarà reso possibile grazie al partenariato industriale, agli organismi di ricerca e agli stakeholder, con la predisposizione di linee pilota di cantieri di restauro in cui sarà possibile mostrare tutte le fasi del progetto, dalla sperimentazione al restauro, per un turismo più consapevole e partecipato e
di linee pilota sperimentali per valutare la riproducibilità dei prodotti geopolimerici individuati in laboratorio
La Sostenibilità del progetto è garantita: a) dalla presenza dei laboratori e del personale di organismi di ricerca con competenze che spaziano dall’ambito scientifico-tecnico (geologia, biologia, chimica, ingegneria, fisica, scienza dei materiali) a quello giuridico – economico; b) dal partenariato industriale con competenze nella produzione, restauro progettazione e sviluppo.
Ci si avvarrà inoltre di imprese ed enti di ricerca del nord Italia per favorire il trasferimento di competenze e di tecnologie.
AGM for CuHe si caratterizza per la elevata potenzialità occupazionale con la formazione di nuove professionalità nelle regioni meno sviluppate in diversi ambiti: a) estrazione e riciclo di materiali per la produzione di prodotti innovativi; b) produzione dei materiali per il restauro; c) attività di restauro; d) attività connesse con la fruizione dei Beni recuperati.
AGM for CuHe è in linea con le azioni della CE che considera il Patrimonio Culturale una risorsa per la crescita economica, l’occupazione e la coesione sociale, per rivitalizzare e promuovere il turismo sostenibile.
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AGM for CuHe will develop eco-friendly, smart and high-technological products for conservation and restoration of Cultural Heritage, taking advantages from the high density and diversity of touristic attraction in the local context.
AGM for CuHe will have an impact on tourism industry, favouring the fruition of restored cultural heritages by using innovative materials and pursing the local decision makers to improve more and more the attractiveness of the built historical environment thanks innovative tools. Tourists will have the possibility to follow all the research, experimental and applicative phases of the project, for a more responsible and conscious fruition of culture and cultural heritages. Moreover, the presence of a specific task devoted to mitigate seismic risk by formulating restoring products with high mechanical stress resistance aims to improve knowledge in this field an create transferable skills alto in other geographical context dealing with seismic risk. The application will be forerun by a task devoted to modelling the long-term behaviour of both structures and products, as well their response to seismic stress.
The achievement of the target objectives is supported by:
a) the high qualified human resources and the presence of well-equipped laboratories for the development of researches in geology, biology, chemistry, engineering, physics, science of the material disciplines;
b) the support of economic and juridical expertise of the sustainability assessment of the project;
c) the presence of a well-experienced industrial leadership assured by companies involved in management, production, and restoration actions.
AGM for CuHe will potential improve the employment rate, especially in southern Italian regions, with the formation of new experts in the field of a) extraction and recycle of wastes for the production of innovative material; b) production of nanoparticle-based products for restoration; c) standardised protocols for restoration; d) innovation in cultural heritage fruition.
The target objectives of AGM for CuHe are in agreement with the European guidelines, in which actions focused on improving the impact of Cultural Heritages in economy, tourism market, societal challenges and employment rate is widely encouraged.
1.4 FINALITÀ
AGM for CuHe vuole contribuire a valorizzare e aumentare la fruibilità del patrimonio culturale sviluppando un turismo consapevole e partecipato attraverso un effetto virtuoso che parta dalla progettazione e sviluppo di materiali di nuova generazione che consentano interventi di restauro e di
recupero del patrimonio culturale con un approccio moderno e multidisciplinare.
Il progetto si innesta in una realtà caratterizzata da una straordinaria ricchezza e diffusione di edifici, monumenti e aree di interesse storico-artistico-architettonico che spaziano da siti del patrimonio mondiale dell’UNESCO a innumerevoli realtà urbane, costituite anche da piccoli centri e borghi, che sempre di più attraggono il visitatore.
Tale ricchezza richiede la massima attenzione nel recupero di edifici e monumenti attualmente non fruibili e nel restauro per gran parte del patrimonio al fine di una sua corretta valorizzazione.
A fronte di ciò, attualmente l’industria locale è in gran parte incentrata sulla produzione di materiali tradizionali prodotti nel rispetto delle norme, ma poco attenti alla salvaguardia dell’ambiente e alla produzione di nuovi formulati. AGM for CuHe si propone di intervenire anche su questo aspetto al fine di valorizzare le competenze esistenti a livello regionale integrandole in un processo di sviluppo del sistema produttivo ad elevato contenuto tecnologico e rivolto alla produzione di materiali innovativi per il restauro eco friendly e smart.
I nuovi materiali che AGM for CuHe metterà a punto contribuiranno a portare la capacità produttiva nella Regione Sicilia di materiali innovativi per il restauro a livelli competitivi con in ambito nazionale anche grazie allo sviluppo e sperimentazione di una linea pilota che verrà realizzata a seguito del trasferimento delle conoscenze dalle università alle imprese che dal canto loro metteranno a disposizione l’esperienza nello sviluppo industriale e sperimentale.
Un aspetto altamente innovativo dell’approccio con cui AGM for CuHe svilupperà nuovi materiali per il restauro è rappresentato dall’uso di rifiuti speciali naturali o industriali e di demolizione.
In questo contesto, assume un ruolo chiave anche l’elevata sismicità delle aree interessate dal progetto, in particolare della Sicilia centro orientale. Tale aspetto richiede corretti interventi di recupero e di restauro con l’uso di materiali debitamente testati, nell’ottica della salvaguardia del Bene e delle persone.
L’applicazione dei materiali di nuova generazione e le relative tecniche di restauro e recupero del patrimonio culturale avranno anche la finalità di creare una rete territoriale multidisciplinare tra organismi di ricerca con competenze complementari e imprese locali con esperienza in diversi settori produttivi e di servizio, questa rete rappresenta un forte valore aggiunto al progetto perché attualmente non esiste in questo campo una rete strutturata che possa servire come know how ai professionisti e operatori del settore.
L’interesse di soprintendenze, poli museali e enti territoriali verso le attività di AGM for CuHe è dimostrato da manifestazioni scritte e allegate al progetto, nella fase di elaborazione del progetto, nelle quali si dichiarano disponibili nel pianificare le linee pilota previste nel progetto, ponendosi come importanti stakeholder.
AGM for CuHe vuole anche fornire al turismo culturale una nuova opportunità favorendo processi di recupero di monumenti inagibili o poco sicuri e di restauro di edifici degradati. AGM for CuHe permetterà di incrementare l’offerta di fruizione del Patrimonio Culturale ed Artistico nelle regioni del meridione offrendo una straordinaria opportunità nella diffusione dei risultati tecnico-scientifici grazie al trasferimento delle conoscenze dal mondo della ricerca scientifica alla società civile. Si svilupperà quindi una visione consapevole e partecipata dell’intero processo di restauro che va dalla sperimentazione alla progettazione in cantieri pilota che tengano conto della sicurezza del visitatore, del rispetto verso il Bene culturale, con l’uso di materiali che si integrino perfettamente con il supporto materico e che siano rispettosi dell’ambiente sia nella produzione che nel loro uso, anche e soprattutto in quei contesti in cui il Bene culturale oggetto del restauro sia integrato in un ambiente naturale di pregio.
AGM for CuHe vuole innescare principalmente nelle regioni meno sviluppate, come la Sicilia, un processo bottom-up in cui si preveda la nucleazione di nuove competenze in grado di dare nuovo impulso al settore produttivo di materiali di nuova generazione per il restauro ma anche alla salvaguardia, la tutela e fruizione del patrimonio culturale.
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AGM for CuHe aims at developing new strategies for the conservation and fruition of Cultural Heritages by the production, testing and introduction in the market of eco-friendly and smart materials and technologies for the restoration of monumental buildings. The terms eco-friendly and smarts are referred to the use of waste recycled raw materials and tuneable products, respectively. The context in which the project will be developed is characterised by a high density of Cultural Heritages, also listed in the UNESCO Heritage List, representing relevant touristic attractions. In this prospective, the maintenance and the preservation of such historical and archaeological heritages appears as a priority in the local resource investment. The diversity of materials employed in these structures and possible environmental risks (including seismic one) to which they are exposed requires the exploitation of tailored conservative products and strategies. Even if this topic is in great consideration among local decision makers and industries, the approach to restoration and fruition of cultural heritages needs to be turned towards more innovative solutions taking in account also the safety of both environment and citizens. In this sense, the target objectives of the AGM for CuHe projects might significantly improve the economic development of Sicily, supporting public agencies and companies in ameliorating this process. Moreover, in consideration of the necessity to mitigate the effect of seismic risk especially in the south-eastern Sicily, one of the target objective of the project is to develop models able to predict the behaviour of structures and materials under seismic stress and specific products with improved mechanical stress resistance.
The shared competences, the quality of human resources and the established partnership will also promote the creation of a multidisciplinary network through the Italy, able to support the necessity of local cultural agencies in the management of cultural, social and economic policies, who have already demonstrated their interest in taking part to project hosting piloting and test areas.
AGM for CuHe aims also to support the tourism market by promoting a virtuous cycle. In fact the application of new materials for restoration of cultural heritage and the involvement of general public during the applicative and monitoring phases of the project, might increase the attractiveness of the selected sites for the experimental activities, determining a growth of visitors and a more participated fruition of Cultural Heritages.
Finally, the AGM for CuHe project aims to launch a bottom-to-up process, with the creation of new companies able to positively take advantage of the devolved knowledge, skills and products, positioning themselves in relevant position in the current national and European market.
1.5 COERENZA CON LE AGENDE STRATEGICHE EUROPEE E NAZIONALI
Il progetto di ricerca si colloca nell’area “Tecnologie per il patrimonio culturale (Cultural Heritage)” della
“Strategia nazionale di specializzazione intelligente (SNSI)” dell’Italia e, più in particolare, riguarda l’applicazione di tecnologie chiave nel seguente ambito industriale:
-gestione del patrimonio storico-artistico-architettonico: attività aventi a che fare con la conservazione, la fruizione e la messa a valore del patrimonio culturale, tanto nelle sue dimensioni tangibili (musei, biblioteche, archivi, ecc.) che in quelle intangibili (gestione di luoghi storici, edifici o monumenti);
Il progetto infatti mira a sviluppare un nuovo approccio nella gestione del patrimonio architettonico che, partendo dalla definizione ed uso di materiali innovativi per la conservazione e dalla rigorosa modellizzazione degli interventi di recupero, realizzi un nuovo modello di fruizione e messa a valore del patrimonio culturale che vede nella partecipazione cosciente al restauro da parte del pubblico una modalità innovativa di fruizione e messa a valore del patrimonio stesso.
Rispetto all’area interessata, il progetto intercetta le seguenti traiettorie tecnologiche di sviluppo prioritarie (priority setting) dell’area tematica nazionale: “Turismo, Patrimonio culturale e industria della creatività”:
-Tecnologie e applicazioni per la conservazione, gestione e valorizzazione dei beni culturali, artistici e paesaggistici;
-Sistemi e applicazioni per il turismo, la fruizione della cultura e l’attrattività del Made in Italy.
Il progetto infatti ricade pienamente all’interno della prima traiettoria dedicando 3 obiettivi realizzativi (OR1, OR2, OR3) alla definizione di nuove tecnologie per la conservazione e valorizzazione di beni culturali. Tali tecnologie sono basate sulla definizione di nuovi materiali per il recupero e la conservazione di beni architettonici, ponendo come elemento aggiuntivo l’attenzione su beni collocati in aree ad elevato rischio sismico.
Per quanto riguarda la seconda traiettoria, un obiettivo realizzativo del progetto (OR4) viene in maniera specifica destinato allo sviluppo di un servizio innovativo di fruizione del Patrimonio architettonico che, partendo dalla sperimentazione di nuovi materiali e tecnologie, incentivi la fruizione attraverso una partecipazione cosciente ed informata al restauro da parte del pubblico. Tale partecipazione viene supportata da sistemi avanzati di ricostruzione virtuale oltre che da linee pilota da utilizzarsi per lo sviluppo e l’ottimizzazione dei vari aspetti utili a definire complessivamente una nuova applicazione per il turismo.
Per quel che riguarda l’agenda europea di ricerca, fissata dal “Programma quadro di ricerca e innovazione (2014-2020) - Orizzonte 2020”, il progetto si colloca
-nella priorità “Leadership Industriale: nanotecnologie, materiali avanzati, biotecnologia e manifattura e lavorazione avanzata”, che persegue l’obiettivo specifico di sviluppare materiali avanzati, con nuove funzionalità e migliori prestazioni d'uso, per prodotti più competitivi e sicuri che consentano di ridurre al minimo l'impatto sull'ambiente e il consumo delle risorse ed è coerente con le attività specifiche intitolate:
“Soluzioni basate su materiali per la protezione o la conservazione del patrimonio culturale europeo” e
“Soluzioni innovative e economiche per la conservazione preventiva di beni culturali” che prevedono lo sviluppo di soluzioni innovative per la conservazione di beni culturali.
-nella priorità “Sfide per la società”, che persegue l’obiettivo specifico di conseguire un'economia e una società efficienti sotto il profilo delle risorse resilienti ai cambiamenti climatici, la protezione e la gestione sostenibile delle risorse naturali e culturali ed è coerente con la linea di ricerca relativa al “Patrimonio culturale” il cui obiettivo è quello di individuare nuovi strumenti e nuove strategie per il recupero del patrimonio architettonico in aree d’interesse storico che siano sostenibili, sicuri e che rendano il restaurato più resistente a fenomeni naturali quali quelli derivanti dai cambiamenti climatici e dai fenomeni sismici
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The project is designed to be in line with the Italian SINS axis “Technologies for Cultural Heritages”; in fact, it aims to support the industrial technological development in the field of management of architectural cultural heritage, including actions dealing with the conservation, fruition and valorization of material and immaterial cultural and historical heritages. In the project, a new approach for the management of architectural environment is proposed, supported by modelling of restoration actions, application of innovative products, validation of applicative protocols and involvement of general/non-specialized public.
In respect to the pinpointed area, namely “Tourism, Cultural Heritage and Creative Industries”, the project is planned to be in accordance with the following strategic axes: development of new technologies and applicative solutions for the management, conservation and protection of cultural heritages;
applications in support of tourism market, cultural heritage fruition and attractiveness of Made in Italy productions; the first three work-packages (OR 1- 3) are, in fact, devoted to the development of new technologies to produce tailored products for the conservation and preservation of architectural heritages, with particular attention to mitigate seismic risk. The fourth work-package (OR 4) aims to support tourism market, being focused on the development of innovative tools for a better cultural heritage fruitions, thanks also the support of digital technologies and virtual systems.
In the wider European scenario represented by the Horizon 2020 program, the project is planned to meet the following priority axes: “Industrial leadership: nanotechnologies, advance materials, biotechnology and manufacturing processes”, focused on the development of advanced materials tailor-made and tunable for different applications, substrates and necessity of the current market, by also fine-tuning production processes towards the mitigation of environmental risk and the wastes’ recycle; “Societal Challenges”, finalized to bring together different disciplines and bridge the gap between specialized and not-specialized subjects through activities as piloting, demonstration, test-beds, and support for public involvement and market support; “Cultural Heritage management and preservation” specifically devoted also to assess the effects and the impact of environmental and climatic changes on cultural heritages and to develop proper mitigation strategies for the built environment conservation and preservation.
Effectively, the purse of the first axis is guaranteed in the framework of the OR1 activities, involving universities, research centres and companies in the development of waste-based geopolymers and nanoparticle-based conservative treatments; moreover, the, while the second one is attended in the OR4, with the opening of pilot areas and the virtual access to the selected architectural structures.
2 OBIETTIVI E ATTIVITÀ PREVISTE
OR1 - Università degli Studi di CATANIA
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.)
- Università di PISA
- Università degli Studi di FIRENZE
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM)
- Consiglio nazionale delle ricerche (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.)
- Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA - Piacenti S.p.A.
- SB Engineering Srl - M.E.G.A.RES. S.R.L.
- LBC Società Cooperativa Artigiana - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l
OR2 - Università degli Studi di CATANIA
- SB Engineering Srl - Piacenti S.p.A.
- M.E.G.A.RES. S.R.L.
- LBC Società Cooperativa Artigiana - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l
OR3 - Università degli Studi di CATANIA
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.)
- Università di PISA
- Università degli Studi di FIRENZE
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM)
- Piacenti S.p.A.
- SB Engineering Srl - M.E.G.A.RES. S.R.L.
- Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA
OR4 - Università degli Studi di CATANIA
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM)
- Piacenti S.p.A.
- SB Engineering Srl
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.)
- Consiglio nazionale delle ricerche (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.)
- Università degli Studi di FIRENZE - M.E.G.A.RES. S.R.L.
- LBC Società Cooperativa Artigiana - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l
2.1 OBIETTIVO FINALE DEL PROGETTO
L’obiettivo finale del progetto è contribuire allo sviluppo al recupero, valorizzazione e fruizione del patrimonio culturale in particolare del meridione d’Italia.
Le problematiche che si intendono affrontare riguardano l’opportunità di rendere fruibile un sempre maggiore numero di monumenti anche in piccoli borghi tenendo conto: a) la necessità di utilizzare materiali compatibili con il substrato materico, duraturi e a basso costo; b) la salvaguardia dell’ambiente sia nella fase di produzione dei prodotti sia nella loro applicazione ai monumenti; c) la richiesta di utilizzare materiali smart e tecnologicamente avanzati; d) l’importanza di avere prodotti e tecniche di recupero che migliorino le prestazioni in caso di eventi sismici.
Per rispondere a queste problematiche il progetto si propone di attivare un percorso sistemico che vede la seguente filiera in cui vengono sviluppati ed implementati prodotti, tecnologie e servizi innovativi:
1) sviluppo di malte e i prodotti ceramici geopolimerici che rispondono alle esigenze di salvaguardia dell’ambiente grazie alle basse emissioni di CO2 durante la produzione e all’utilizzo di materie prime locali e/o scarti di produzione edile e industriale
2) sperimentazione di nuovi consolidanti nanocompositi e i protettivi biopolimerici eco-friendly e smart con alto contenuto tecnologico e che garantiscano migliore efficacia, efficienza e durabilità in rapporto ai substrati materici più comuni nelle regioni del meridione d’Italia
3) sviluppo e implementazione di metodi, tecnologie e processi di restauro/recupero attraverso analisi e modellizzazione in laboratorio e in sito
4) modellizzazione numerica e sperimentazione in laboratorio e in situ al fine di individuare gli interventi di recupero e i materiali più idonei a resistere a sollecitazioni sismiche
L’obiettivo finale del progetto sarà raggiunto grazie alla possibilità di fruizione del Bene recuperato attraverso il servizio innovativo che vede l’accesso a modelli 3D virtuali in cui è mostrato l’intero processo di restauro e alla sperimentazione su cantieri pilota, aperti al pubblico nel rispetto delle norme sulla sicurezza, con la logica di rendere fruibile il Bene sin dal momento del restauro per un approccio inclusivo del turista che lo renda partecipe alle problematiche e alle metodologie relative al restauro e alla conservazione dei Beni Culturali. Questa attività sarà affiancata dalla progettazione di percorsi didattico-divulgativi per i turisti e gli studenti delle scuole attraverso pannelli didattici e video che mostrano la tipologia dei materiali lapidei, le tecniche e i prodotti e di restauro di ultima generazione.
Un aspetto importante del progetto e che esso prevede il passaggio dalla sperimentazione in laboratorio dei prodotti geopolimerici di nuova generazione alla produzione industriale in linee pilota al fine di valutare la fattibilità tecnica, l’impatto ambientale e la valutazione economica del prodotto finito. La potenziale introduzione nel mercato di questi materiali rappresenta un avanzamento significativo nel settore delle applicazioni per la tutela del patrimonio culturale contribuendo a colmare le innumerevoli esigenze territoriali di tipo industriale, sociale, economico e applicativo.
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Outcomes of the project
The ultimate goal of the project is to support the Cultural Heritages management and the touristic market in Sicily, improving the fruition of monuments and archaeological areas by strategic conservation solutions and taking in account the necessity to use materials having the following characteristics: high compatibility with different typology of substrates, long term efficacy and low-cost production processes, low-impact (in
term of green production processes and safety application procedures), based on recycle wastes, able to improve mechanical resistance of structures, especially against seismic stresses.
In order to meet these requirements, the project will focused on the development and testing of the following products and procedures:
1) development of geopolymers by using industrial procedures and raw materials (as inertized and recycled industrial waste) able to reduce CO2 emission;
2) synthesis of nanoparticle-based consolidants and protective biofilms with improved durability an efficacy perfomances;
3) development and implementation of methods, technologies and process for restoration of cultural heritages with the support case of modelling and in situ/laboratory analysis;
4) assessing of numeric modelling and experimental procedures (both in situ and in laboratory) to provisional estimate the efficacy of restoration actions, especially related to improvement of mechanical resistance to seismic stresses.
The outcomes of all the aforementioned operative and research steps will be included in virtual models and tools, devoted to share with visitors, researches and general public all the processes behind the management, restoration and fruition of cultural heritages.
The development of the new materials by the company, the experimental application in pilot areas on selected monuments, the evaluation of the performances of the new products, and the development of proof of concepts supporting the introduction of the new products into the market, represents a successfully workflow able to assure a complete exploitation of target objectives of the project.
2.2 OBIETTIVI REALIZZATIVI (OR) E ATTIVITÀ
OBIETTIVO REALIZZATIVO: OR1 Tipo di attività:
- Ricerca Industriale Soggetti coinvolti:
- Università degli Studi di CATANIA
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Università di PISA
- Università degli Studi di FIRENZE
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Consiglio nazionale delle ricerche (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA
- Piacenti S.p.A.
- SB Engineering Srl - M.E.G.A.RES. S.R.L.
- LBC Società Cooperativa Artigiana - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l Localizzazione:
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Giurisprudenza, Catania (Catania) - Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Economia e Impresa, Catania (Catania) - Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Fisica e Astronomia, Catania (Catania)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Centro Eccellenza, Ricerca, Innov., Strutture e Infrastr. di grandi dimensioni (C.E.R.I.S.I)-UNIME, Messina (Messina)
- Università di PISA - Dipartimento di Scienze della Terra(DST)_UNIPI, Pisa (Pisa)
- Università degli Studi di FIRENZE - Dipartimento di Scienze della Terra (UNIFI-DST), Firenze (Firenze)
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/oDEIM Dip. Ener, Ing dell'Inf.e Mod Matem UNIPA, Palermo (Palermo) - Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/o DIID Dip. Innovazione Industriale e Digitale - UNIPA, Palermo (Palermo) - Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/o DICAM Dip. Ing Civ, Amb, Aerosp, dei Mat. UNIPA, Palermo (Palermo) - Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/o DIFC Dip.Fisica e Chimica -UniPa, Palermo (Palermo)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Dipartimento di Scienze chimiche, biologiche, farmaceutiche ed ambientali (CHIBIOFARAM)_UNIME, Messina (Messina)
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Scienze Chimiche, Catania (Catania)
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali, Catania (Catania)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Dip.to di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra (MIFT)_UNIME, Messina (Messina)
- Consiglio nazionale delle ricerche (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN-CNR) Palermo c/o UNIME, Messina (Messina)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Dipartimento di Ingegneria_UNIME, Messina (Messina)
- Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA - Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
_DIEF UNIMORE, Modena (Modena)
- Università di PISA - Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale(DCCI)_UNIPI, Pisa (Pisa) - Università degli Studi di FIRENZE - Dipartimento di Chimica (CHIM_UNIFI), Sesto Fiorentino (Firenze)
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/o STEBICEF Dip. Sc.ze Tecnol Biol Chim Farm UNIPA, Palermo (Palermo) - Piacenti S.p.A. - Piacenti S.p.A., Prato (Prato)
- SB Engineering Srl - SB Engineering Srl, Catania (Catania)
- M.E.G.A.RES. S.R.L. - M.E.G.A.RES. S.R.L, Aci Castello (Catania)
- LBC Società Cooperativa Artigiana - LBC Società Cooperativa Artigiana, Caltagirone (Catania) - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l - Costruzioni Edil Ponti Soc. Coop a r.l., Gela (Caltanissetta) Durata in mesi:
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Attività necessarie per la realizzazione dell'obiettivo
OR1 - Progettazione, sviluppo e caratterizzazione di materiali innovativi eco-friendly per il restauro
La OR1, costituita da due RI, si prefigge l’avanzamento delle conoscenze anche attraverso la sperimentazione di materiali di nuova generazione eco friendly, smart, con ottime caratteristiche tecniche per il recupero e il restauro di edifici di interesse storico-artistico appartenenti al patrimonio culturale.
RI 1.1 – RI1.1 Progettazione, sviluppo e caratterizzazione di geopolimeri (mesi 1-17)
La RI1.1 si prefigge l’ampliamento delle conoscenze per lo sviluppo di geopolimeri ottenuti da polveri alluminosilicatiche che hanno il pregio tra l’altro di richiedere basse temperature di produzione e di avere alta resistenza meccanica.
1) Si definiranno le specifiche dei geopolimeri da realizzare. Seguirà lo studio geologico e la selezione delle materie prime naturali reperibili in Sicilia e degli scarti edili ed industriali, non pericolosi e idonei alla produzione di geopolimeri. Si eseguiranno le analisi in situ e selezioneranno un numero congruo di campioni (circa 100) su cui si svolgeranno le analisi in laboratorio. Si costruirà un archivio digitale delle materie prime e si selezioneranno quelle più idonee.
2) Con queste e subordinatamente con materie prime commerciali si progetteranno e svilupperanno geopolimeri funzionali, anche arricchiti con additivi (circa 100 formulati). Si valuteranno i tempi per la preparazione ed applicazione dei geopolimeri e le criticità. Si eseguiranno le analisi di laboratorio, si studieranno e si selezioneranno un congruo numero di formulati con le migliori caratteristiche tecniche per la produzione di malte e materiali ceramici.
3) Si svolgerà lo studio economico-normativo sul potenziale impatto ambientale e sui costi del ciclo di vita del prodotto al fine di quantificare i principali carichi ambientali ed i costi sulla filiera produttiva, identificare i punti di maggiore criticità nella prima fase del ciclo di vita e suggerire eventuali procedure correttive.
RI 1.2 – Progettazione, sviluppo e caratterizzazione di consolidanti e protettivi
1) Verranno definite le specifiche dei consolidanti e dei protettivi da realizzare. Saranno approfondite le conoscenze e prodotti in laboratorio, anche con procedure di flow chemistry per la sintesi veloce ed efficiente di nanomateriali fotoattivi e nanoparticelle di dimensioni controllate. Successivamente si svilupperanno e sperimenteranno consolidanti e/o protettivi nanocompositi, che integrano stabilità chimica e termica, bassa tossicità, repellenza a microrganismi, resistenza meccanica, ignifugicità e facilità d’impiego di matrici polimeriche (es. a base polisilossanica) con proprietà autopulenti, superidrofobiche e antibatteriche di nanoparticelle di ossidi.
Contemporaneamente verranno preparati film ecosostenibili costituiti da biopolimeri per la protezione di materiali lapidei. Saranno valutati anche blend di biopolimeri di carica opposta e saranno veicolate e disperse molecole attive anche mediante sistemi nanocarrier per le proprietà antibatteriche e studiati i sistemi biopolimerici rispetto all’azione di agenti deteriogeni.
2) Si eseguirà la caratterizzazione dei consolidanti e biopolimeri e lo studio delle interazioni con il substrato materico. Le nanoparticelle verranno caratterizzate rispetto alle proprietà dimensionali, di carica di superficie, di comportamento chimico-fisico e di eventuali effetti tossici. In questa fase le PMI parteciperanno alla selezione di un numero congruo di prodotti (circa 50) per i test su casi studio.
3) Verranno valutati i costi di mercato e le normative vigenti seguendo il punto 3 della RI1.1.
Soggetti ai quali è affidata la realizzazione delle attività e localizzazione delle attività:
UNICT (DSGBA, DSC, DFA, DICAR, DEI, GIU); INSTM (DIFC, STEBICEF, DEIM, DIID, DICAM), DSTMNS (MIFT, CERISI, CHIM, DI, CNR); UNIMORE; UNIPI (CHIM, DST); UNIFI (CHIM, DST);
SB; EP; LBC; PT; MR.
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OR1 - Design, development and characterization of innovative eco-friendly material
The OR1 aims to determine technological advancement in term of knowledge and material science, through the development of new, eco-friendly and smart products for the restoration of built environment. For the partners' acronyms see paragraph 3; for the participation in sub-activities see the RI scheme reported in the project).
It consists in two industrial research activities:
RI 1.1 – Design, development and characterization of geopolymers (months 1-17)
The RI1.1 is finalized to acquire knowledge, data and materials for development of geopolymers based on alluminosilicate powders, requiring low production temperatures and exhibiting high mechanical strength.
1) The first step consists in the geopolymers design. A geological study for the selection of natural raw materials available in Sicily will be performed; moreover, inertized construction and industrial wastes will be selected. Preliminary in situ tests will be carried out to select a representative number of samples (approximately 100) on which perform laboratory tests. A digital archive of raw materials will be created and the most suitable ones will be selected for the formulation of geopolymers.
2) Selected natural raw materials and industrial wastes will be employed, along with commercial raw materials to formulate geopolymers, considering also a possible use of additives. Advantage and disadvantages of production processe will be critically evaluated. Laboratory analyses will be performed on the products and the formulates exhibiting the best performances will be selected for the production of mortars and ceramic materials.
3) Economic and juridical studies will be performed to evaluate the potential environmental impact and product life cycle costs, in order to perform cost-benefits analysis on the production process, identify possible most critical points in the first stage of the life cycle of the products, and suggest possible improvement procedures.
RI 1.2 – Design, development and characterization of consolidant and protective materials
1) The first step will encompass the design of consolidant and protective products. They will be produced in laboratory by green chemistry procedures, for fast and efficient synthesis of photoactive nanomaterials and nanoparticles with controlled size. Subsequently, nanoparticle based consolidant and protective products will be developed and tested. The products will be design to combine chemical and thermal stability, low toxicity, bioacid action, high mechanical strength, fire resistance, and user-friendliness typical of polymeric matrices (e.g. to polysiloxanes based) with self-cleaning, and antibacterial properties of oxides nanoparticles. Super-hydrophobic action will be also considered.
At the same time, eco-friendly polymer-based bio-films will be designed and prepared for the protection of stones. Biopolymeric blends of opposite charges will also be tested and active molecules will be transported and dispersed through nanocarrier systems for antibacterial purposes. Biopolymeric systems will be studied to assess their durability.
2) Consolidants and biopolymers will be characterized and the interaction with the material substrate will be evaluated. Surface properties, charge and physico-chemical behavior of nanoparticles will be evaluated.
At this stage, the PMI will participate in the selection of products to test on the real cases.
3) Market costs and legislation will be evaluated in accordance with point 3 of the RI1.1.
UNICT (DSGBA, DSC, DFA, DICAR, DEI, GIU); INSTM (DIFC, STEBICEF, DEIM, DIID, DICAM), DSTMNS (MIFT, CERISI, CHIM, DI, CNR); UNIMORE; UNIPI (CHIM, DST); UNIFI (CHIM, DST); SB;
EP; LBC; PT; MR.
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Conoscenze, moduli, elementi componenti, risultati già disponibili o acquisibili
Le strutture di ricerca e le imprese coinvolte in questa OR possiedono le conoscenze, e le attrezzature per il suo svolgimento.
Le imprese si avvarranno della possibilità di utilizzare risorse esterne per consulenze tecniche specialistiche.
RI1.1
Per la caratterizzazione in situ delle materie prime, UNICT-DSBGA ha ampie conoscenze geologiche per svolgere in autonomia la ricerca e possiede una banca dati sui materiali utilizzati nell’antichità per la
produzione di materiali tradizionali.
Per le analisi in situ UNICT-DSBGA possiede le competenze e le attrezzature XRF e RAMAN portatili.
Su campioni selezionati verranno effettuate le analisi di laboratorio dalle diverse unità in funzione delle proprie competenze e dotazioni:
-UNICT-DSBGA-DFA: analisi mineralogiche (OM, XRD, FTIR, RAMAN) e analisi chimiche (SEM, XRF) su ceneri e tufi vulcanici e su rifiuti industriali.
-DTSMNS-UNIME: analisi mineralogiche (OM, XRD, FTIR, RAMAN) e analisi chimiche (XRF, SEM EDX) su sedimenti argillosi.
-UNIPI- CHIM: analisi termogravimetrica (TGDSG).
-UNIFI-DST-CHIM: analisi chimica degli elementi in traccia (ICP-MS) e analisi porosimetrica (HgP).
La selezione delle materie prime verrà effettuata utilizzando le competenze di tutti i soggetti coinvolti nella fase 1.
Le competenze per la formulazione dei geopolimeri sono principalmente di UNIMORE-DIEF da tempo impegnata in questa ricerca:
a) valutazione delle proprietà reologiche della pasta geopolimerica con reometri rotazionali; b) il tempo e le condizioni di consolidamento della pasta in manufatti solidi mediante curve di dewatering e trattamenti in camere climatiche in condizioni controllate;
c) analisi mineralogica con microscopia FT-IR;
d) analisi termogravimetriche e di conducibilità termica.
DSTMNS-ME possiede competenze e laboratori per la ricerca sullo sviluppo di materiali e per l’implementazione delle proprietà di superficie.
La caratterizzazione dei prodotti sperimentati verrà eseguita dalle diverse unità in funzione delle proprie competenze e dotazioni analitiche:
-UNICT-DSBGA: analisi di assorbimento per risalita capillare e per immersione totale
-UNICT-DFA: analisi chimiche di superficie con Rutherford backscattering spectrometry (RBS), Particle Induced X-ray Emission (PIXE), SEM
-DTSMNS-UNIME: OM, XRD, RAMAN, FTIR e SEM.
-UNIPI-CHIM: TG/DSC, micro-tomografie a raggi X,
-UNIFI-DST-CHIM: HgP; la reattività chimica con l’ambiente verrà testata attraverso prove di leaching con abbinate analisi delle soluzioni tramite ICP-MS; resistenza alla compressione e resistenza al taglio -SB: resistenza alla compressione e resistenza al taglio
UNICT-DEI-GIU unitamente a SB, EP e LBD metteranno le loro competenze sugli aspetti economici e giuridici.
RI1.2
Il consorzio dei proponenti ha acquisito una profonda esperienza e conoscenza nell’ambito dei Beni Culturali. Di seguito, brevemente, l’expertise e le metodologie che verranno sfruttate per la realizzazione del progetto:
-Preparazione di materiali innovativi per interventi conservativi su materiali lapidei (INSTM-DiFC, UNICT-DFA-DSC)
-Selezione e caratterizzazione dei materiali lapidei mediante spettroscopia, studi di superficie e proprietà meccaniche (INSTM-DICAM, INSTM-DiFC)
-Caratterizzazione mediante tecniche NMR, reologia, bagnabilità, rugosità dei film protettivi (INSTM-DICAM, INSTM-DiFC, INSTM-STEBICEF)
- Indagini elettrochimiche per lo studio di processi ossidativi di superfici trattate e non (INSTM-DIID, INSTM-DICAM, UNICT-DSC)
-Fotocatalisi eterogenea applicata ai materiali protettivi con caratteristiche autopulenti (INSTM-DEIM) -Test di tossicità in vitro UNICT-DSBGA
-Metodi non distruttivi per lo studio di componenti organici di materiali lapidei (UNICT-DSC)
UNICT-DFA contribuirà per la preparazione di nanoparticelle e per la caratterizzazione delle superfici attraverso RBS e PIXE.
UNICT-DEI-GIU unitamente a SB, PT e MR metteranno le loro competenze sugli aspetti economici e giuridici.
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All the partners involved in this OR have knowledge and equipment to support the development of OR1 activities. The companies can ask the support of external advisors and experts.
RI1.1
The research organizations and companies involved in this task have knowledge and the equipment to carry out RI1.1. UNICT-DSBGA possess the geological expertise and the necessary equipment to carry out geological survey and in situ material characterization; in detail, it possesses a database of the materials used since antiquity for the production of artifacts and architectural structures, as well portable XRF and RAMAN equipments to carry out in situ analysis.
On selected samples, laboratory analyses will be also carried out by different units according to their skills and equipment:
- UNICT-DSBGA-DFA: mineralogical analyses (OM, XRD, FTIR, RAMAN) and chemical analysis (SEM, XRF) on ash, volcanic tuffs and industrial waste.
- DTSMNS-UNIME: mineralogical analyses (OM, XRD, FTIR, RAMAN) and chemical analysis (XRF, SEM EDX) on clay sediments.
UNIPI-CHIM: thermogravimetric analysis (TGDSG).
UNIFI-DST-CHIM: chemical analysis of trace elements (ICP-MS) and porosimetric analysis (HgP).
The selection of raw materials will be carried out thanks the scientific support of all the partners included in OR1. As regard geopolymers, thanks to its previous experience, UNIMORE-DIEF possessed the required qualifications and knowledge for geopolymes formulation; it will manage the following activities:
- evaluation of rheological properties of geopolymeric paste with rotational reometers;
- evaluation of curing time and environmental condition of geopolymers in confinated space, on the basis of dewatering curves and measurements in climatic chambers;
- mineralogical analysis with FT-IR microscopy;
- thermogravimetric and thermal conductivity analyses;
DSTMNS-ME has both the knowledge and the laboratories needed for the development of materials and for the implementation of surface properties. The characterization of the experimental products will be carried out by the different units depending on their skills and analytical facilities; in details:
- UNICT-DSBGA: capillary absorption test and total immersion analysis;
- UNICT-DFA: surface chemical analysis with Rutherford backscattering spectrometry (RBS), Particle Induced X-ray Emission (PIXE), SEM;
- DTSMNS-UNIME: OM, XRD, RAMAN, FTIR and SEM;
- UNIPI-CHIM: TG / DSC, X-ray micro-tomography;
- UNIFI-DST-CHIM: HgP; chemical reactivity with the environment will be tested through leaching tests with analysis of solutions using ICP-MS; compression resistance and shear resistance;
- SB: compressive strength and cutting resistance;
UNICT-DEI-GIU together with SB, EP and LBD will contribute with their experience to economic and legal aspects.
RI1.2
All the partner of the consortium possess a solid experience in Cultural Heritage field. Expertise and methodologies that will be used for the implementation of the project are listed below:
- Preparation of innovative materials for conservative treatments on stone materials (INSTM-DiFC, UNICT-DFA-DSC);
- Selection and characterization of stone materials by spectroscopic method, studies about surface and mechanical properties (INSTM-DICAM, INSTM-DiFC);
- Characterization through NMR techniques, rheology, wettability, roughness of the protective films (INSTM-DICAM -DIFC-STEBICEF);
- Electrochemical investigations for studying oxidative processes of treated and non-treated surfaces (INSTM-DIID-DICAM, UNICT-DSC);
- Heterogeneous photocatalysis applied to protective materials with self-cleaning properties (INSTM-DEIM);
- Non destructive methods for the study of organic components of stones (UNICT-DSC);
- In vitro toxicity tests (UNICT-DSBGA)
UNICT-DFA will contribute to the preparation of nanoparticles and to the surface characterization through RBS and PIXE.
UNICT-DEI-GIU together with SB, PT and MR will contribute with their experience on economic and legal aspects.
OBIETTIVO REALIZZATIVO: OR2 Tipo di attività:
- Ricerca Industriale Soggetti coinvolti:
- Università degli Studi di CATANIA - SB Engineering Srl
- Piacenti S.p.A.
- M.E.G.A.RES. S.R.L.
- LBC Società Cooperativa Artigiana - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l Localizzazione:
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Catania (Catania) - SB Engineering Srl - SB Engineering Srl, Catania (Catania)
- Piacenti S.p.A. - Piacenti S.p.A., Prato (Prato)
- M.E.G.A.RES. S.R.L. - M.E.G.A.RES. S.R.L, Aci Castello (Catania)
- LBC Società Cooperativa Artigiana - LBC Società Cooperativa Artigiana, Caltagirone (Catania) - Costruzioni Edil Ponti Soc.Coop a r.l - Costruzioni Edil Ponti Soc. Coop a r.l., Gela (Caltanissetta) Durata in mesi:
19
Attività necessarie per la realizzazione dell'obiettivo
OR2 Modellizzazione, applicazione e validazione di interventi per il recupero ed il rinforzo del patrimonio culturale in aree con elevata attività sismica
RI 2.1 – Modellizzazione numerica del recupero dei Beni Culturali in aree sismiche
L’obiettivo è quello di migliorare le conoscenze e le competenze per rispondere alla richiesta di tutela, e di messa in sicurezza di monumenti in aree sismiche attraverso la definizione di nuovi modelli di simulazione
numerica del comportamento sismico di monumentali prima e dopo interventi di rinforzo o di restauro con l’utilizzo di malte geopolimeriche utilizzate anche in accoppiamento con altri materiali. Si introdurranno degli algoritmi da implementare in software basati su modelli di comportamento degli edifici soggetti a rinforzo con l’utilizzo di materiali innovativi da valutare sulla base dei risultati ottenuti attraverso indagini sperimentali.
1) Le simulazioni numeriche dell’affidabilità strutturale dei monumenti sotto l’azione di carichi statici e sismici saranno inizialmente condotte sulla base di dati di letteratura.
2) Per valutare il comportamento di strutture reali prima e dopo gli interventi di rinforzo con geo-polimeri si prevede di effettuare prove meccaniche in situ, sugli edifici selezionati (RI3.1) utili ad identificare i parametri caratteristici di resistenza. Si implementeranno le metodologie innovative di indagine.
3) I risultati delle prove sperimentali consentiranno di valutare l’efficacia dei modelli numerici di previsione. Eventuali differenze tra le strategie innovative di modellazione numerica dei rinforzi con materiali geopolimerici e l’evidenza sperimentale dovranno essere minimizzate attraverso una opportuna calibrazione dei parametri di elasticità, resistenza e duttilità associati all’elemento di rinforzo che verrà assimilato ad un continuo omogeneizzato equivalente.
RI 2.1 – Nuove strategie di rinforzo con geopolimeri per i Beni Culturali in aree sismiche: applicazione e validazione
1) I risultati sui geopolimeri ottenuti in OR1 consentiranno di migliorare le conoscenze con nuove strategie di rinforzo sulla base delle caratteristiche di elasticità, resistenza e duttilità dei nuovi materiali anche in accoppiamento con reti in fibra di vetro o con tessuti in materiali compositi al fine di ottenere un incremento di resistenza e duttilità della muratura, con il miglioramento o l’adeguamento sismico dei beni monumentali e degli edifici a struttura portante muraria.
Verranno sviluppati modelli di previsione numerica di dettaglio attraverso programmi agli elementi finiti non lineari che potranno fornire, utili indicazioni sulle caratteristiche geomeccaniche del rinforzo che potrà essere adottato attraverso l’utilizzo di malte geopolimeriche o in accoppiamento con altri materiali compositi.
2) I risultati delle simulazioni numeriche di dettaglio consentiranno di ottimizzare le soluzioni proposte e realizzate nello sviluppo delle linee pilota nell’ambito della OR4 su porzioni significative di muratura sottoposte ad indagini indirette e semidistruttive.
Si monitoreranno gli interventi realizzati in presenza di sollecitazioni di esercizio e, laddove necessario, mediante verifica dell’efficacia degli interventi innovativi di rinforzo proposti mediante prove in scala su prototipi, con un confronto critico ed iterativo tra le simulazioni numeriche e i risultati sperimentali.
Le simulazioni numeriche, alla scala del monumento, verranno effettuate con la modellazione per macro-elementi espressamente dedicata ai Beni Culturali.
Le attività sviluppate ai punti 1) e 2) si concluderanno con l’analisi dettagliata, l’elaborazione critica e l’interpretazione dei risultati sperimentali sotto la supervisione di UNICT-DICAR.
Soggetti ai quali è affidata la realizzazione delle attività e localizzazione delle attività: UNICT (DICAR);
INSTM (DICAM); UNIMORE, SB; PT; MR, EP .
Modelling, application and validation of interventions for Cultural Heritage recovery and reinforcement in areas with high seismic activity
RI 2.1 – Numerical modelling of Cultural Heritage recovery in seismic areas
This research activity will allow the improvement of knowledge for the mitigation of impact of seismic risks on Cultural Heritages through the definition of new numeric simulation models of seismic behaviour of the buildings before and after the interventions of reinforcement with polymeric mortars. To achieve the final objective, the definition of new algorithms to be introduced in specific software is needed. These are based
on the behaviors of the existing reinforced buildings with geopolymers, whose contribute should be evaluated thanks to the results obtained through investigations in situ and in lab. The simulations for the evaluation of structural stability of the monuments under static or seismic load will initially be conducted on literature data also for reinforcements obtained with geopolymers.
1) Numerical simulations to evaluate the structural reliability of monuments under static and seismic loads will initially be conducted on the basis of literature data.
2) On-site mechanic tests, carried out on selected buildings (RI 3.1), will be useful to identify characteristic resistance parameters, thus enabling the evaluation, with the use of innovative investigation methodologies, of the behaviour of real structures, before and after reinforcement works with geopolymers.
3) The results of the tests will allow the evaluation of the efficacy of numerical prediction models. The differences between the innovative strategies of numerical modeling of the reinforcements with geopolymers and the experimental evidence will have to be minimized through calibration of elasticity, strength and ductility parameters associated with the reinforcement elements which will be adapted to a homogenised equivalent continuum.
RI 2.1 – New reinforcement strategies with geopolymers for Cultural Heritage in seismic areas:
application and validation
1) The results of the geopolymeric materials obtained in OR1 will allow the research of new reinforcement strategies based on the characteristics of elasticity, strength and ductility of new materials even in combination with glass fibres or composite materials in order to obtain an increase in strength and ductility of the masonry, with the improvement or the seismic upgrading of monuments and buildings with masonry structure.
Detailed numeric predicting models will be developed through non linear finite element programs that will provide during the research useful indication on the geo-mechanical features of the reinforcement that can be adopted through the use of geopolymeric mortars or coupled with other composite material.
2) The results of the numerical simulations will allow to optimize the proposed solutions and to realize the development of pilot plants within the OR4 SS4.1 to be experimentally validated on significant portions of the masonry subject to indirect and semi-destructive investigations.
The interventions will be monitored especially under operational conditions, or whenever necessary, through verification of the proposed innovative methods tested on scaled prototypes.
This important objective can be achieved through a critical and iterative comparison between numerical simulations and experimental results.
Numerical simulations, at the scale of the monument, will be conducted using the modelling strategy with macro-elements specifically dedicated to Cultural Heritage, proposed by the DICAR research team and validated at national and international level, in the last ten years.
Partners involved in the realization and localization of activities: UNICT (DICAR); INSTM (DICAM);
UNIMORE, SB; PT; MR, EP .
Conoscenze, moduli, elementi componenti, risultati già disponibili o acquisibili
Le strutture di ricerca e le imprese coinvolte in questa OR possiedono le conoscenze, e le attrezzature per il suo svolgimento. Le imprese si avvarranno della possibilità di utilizzare risorse esterne per consulenze tecniche specialistiche.
Tra le conoscenze già disponibili vi sono quelle relative a strategie di modellazione di dettaglio di elementi strutturali in muratura, in grado di verificare numericamente l’efficacia dei materiali proposti e di simulare con grande precisione prove sperimentali, considerando i singoli componenti della muratura (mattoni e malta). La strategia prevede una modellazione separata delle unità componenti la muratura (mattoni) e dei giunti di malta tra esse interposti, da modellare mediante interfacce continue le cui proprietà sono calibrate
sulla base del comportamento costitutivo del materiale di cui il giunto è composto. Tale risultato è ottenuto efficacemente mediante i modelli di calcolo e il solutore sviluppato presso UNICT-DICAR, che è in grado anche di restituire output immediati e di veloce interpretazione. L’esperienza nelle simulazioni numeriche e nell’interpretazione dei risultati consentirà inoltre di derivare legami costitutivi equivalenti da adottare in modellazioni più semplificate in grado di implementare modelli di interi edifici.
Inoltre, UNICT-DICAR ha anche acquisito conoscenze tali da potere accoppiare alla originale strategia di modellazione sviluppata, basata sull’impiego di elementi discreti, l’inserimento di elementi di materiali innovativi per il rinforzo della muratura. In particolare, è già stato validato l’inserimento di un elemento capace di simulare la presenza di tessuti fibro-rinforzati (FRP) per il miglioramento strutturale di elementi in muratura. Si potrà pertanto immediatamente valutare l’efficacia dell’abbinamento dei nuovi materiali proposti con tecniche di rinforzo ampiamente consolidate nella pratica tecnica.
I risultati già disponibili relativi alla modellazione di provini in muratura, anche in presenza di rinforzo mediante tessuti fibro-rinforzati, sono relativi ad una serie di validazioni numeriche e sperimentali della strategia di modellazione adottata con altri software di calcolo e mediante approfondimenti su casi di studio e prove di laboratorio.
Per quanto riguarda gli aspetti sperimentali, sono inoltre già disponibili ampie conoscenze nell’ambito della ideazione, progettazione, realizzazione e interpretazione di prove sperimentali in situ su strutture murarie orientate alla caratterizzazione meccanica mediante l’impiego di martinetti piatti, sia con riferimento a prove tradizionali (compressione, compressione diagonale), sia rispetto a strategie innovative (prova di scorrimento, prova di taglio diagonale). Saranno messe a disposizione le competenze di INSTM-DICAM relativamente al monitoraggio strutturale con particolare riguardo a edifici monumentali e, specificatamente, sul fenomeno del "rocking" per edifici monumentali.
Fondamentale il ruolo delle imprese in tale fase, in quanto esperienti nella realizzazione pratica di interventi di restauro su edifici e Beni monumentali. Inoltre, le indagini in situ (prove meccaniche delle murature, prove di taglio diagonale, con martinetti piatti, scorrimento) saranno realizzate anche sia mediante la dotazione strumentale e logistica fornita dalle imprese interessate che integrate mediante l’utilizzo delle prestazioni ed attrezzature di soggetti terzi non direttamente coinvolti nel progetto.
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Among the available knowledge, there are detailed modelling strategies of structural elements in masonry that allows us the numerical verification of the effectiveness of the materials and the simulation with great precision of experimental evidence, considering the individual components of the masonry (bricks and mortar).
The separate modelling of the masonry units (bricks) and mortar is efficaciously achieved by the calculation models developed by UNICT-DICAR, which is also capable to produce immediate outputs and fast interpretation. The experience in numerical simulations and interpretation of the results will also allow to derive equivalent constitutive bonds to be adopted for a simpler modeling of the whole building.
In addition, UNICT-DICAR has also gained knowledge in implementing the original modeling strategy, based on the use of discrete elements, with the insertion of innovative materials for reinforcing of masonry.
In particular, the insertion of an element capable of simulating the presence of Fiber Reinforced Polymers (FRP) has already been validated for the structural improvement of masonry elements. Therefore, the effectiveness of the new materials proposed, combined with reinforcement techniques widely consolidated in the technical practice, can be immediately evaluated.
The results, already available, about modelling masonry samples, also in presence of fibrous reinforced tissues, are related to a series of numerical and experimental validations of the modelling strategy adopted with other computational software and by detailed studies on case studies and laboratory tests.
Concerning the experimental aspects, sufficient knowledge is already available in planning, designing, realizing and interpreting on-site experimental tests on building structures oriented to the mechanical
characterization by the use of flat jacks, both according to traditional tests (compression, diagonal compression), and also innovative strategies (creep test, diagonal cutting test). INSTM-DICAM's competences regarding the structural monitoring will be made available, with particular reference to monumental buildings and, specifically, the phenomenon of “rocking” for monumental buildings.
The role of companies, in this phase, is really important, as they have the expertise in the practical realization of restoration works on buildings and monuments. In addition, on site investigations (mechanical tests of masonry, diagonal cutting tests with flat jacks, creep test) will also be carried out using the instrumental and logistic equipment provided by the companies involved, and supplemented by the intervention and activity of “ad hoc” required third parties, with specific additional equipment, not directly involved in the project.
OBIETTIVO REALIZZATIVO: OR3 Tipo di attività:
- Ricerca Industriale Soggetti coinvolti:
- Università degli Studi di CATANIA
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Università di PISA
- Università degli Studi di FIRENZE
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Piacenti S.p.A.
- SB Engineering Srl - M.E.G.A.RES. S.R.L.
- Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA Localizzazione:
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali, Catania (Catania)
- Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Catania (Catania) - Università degli Studi di CATANIA - Dipartimento di Economia e Impresa, Catania (Catania)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Dip.to di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra (MIFT)_UNIME, Messina (Messina)
- Università degli Studi di MESSINA (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi S.C.a r.l.) - Centro Eccellenza, Ricerca, Innov., Strutture e Infrastr. di grandi dimensioni (C.E.R.I.S.I)-UNIME, Messina (Messina)
- Università di PISA - Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale(DCCI)_UNIPI, Pisa (Pisa) - Università di PISA - Dipartimento di Scienze della Terra(DST)_UNIPI, Pisa (Pisa)
- Università degli Studi di FIRENZE - Dipartimento di Scienze della Terra (UNIFI-DST), Firenze (Firenze)
- Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - Unità di Ricerca INSTM di Palermo c/o DIFC Dip.Fisica e Chimica -UniPa, Palermo (Palermo)
- Piacenti S.p.A. - Piacenti S.p.A., Prato (Prato)
- SB Engineering Srl - SB Engineering Srl, Catania (Catania)
- M.E.G.A.RES. S.R.L. - M.E.G.A.RES. S.R.L, Aci Castello (Catania)
- Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA - Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
_DIEF UNIMORE, Modena (Modena)
- Università degli Studi di FIRENZE - Dipartimento di Chimica (CHIM_UNIFI), Sesto Fiorentino (Firenze)
Durata in mesi:
24
Attività necessarie per la realizzazione dell'obiettivo
Modellizzazione dei processi e degli interventi di restauro e di recupero e test di efficacia e invecchiamento Questa OR è dedicata allo sviluppo di modelli innovativi degli interventi di recupero e restauro sulla base dello studio dei supporti materici anche di cava e delle tecnologie per il restauro.
RI 3.1 – Progettazione e modellazione di interventi di restauro
Nella RI3.1, grazie agli accordi esistenti con numerosi stakeholder verranno selezionati degli edifici che presentano diverse caratteristiche architettoniche e composizionali prendendo in considerazione anche le problematiche legate recupero e alla fruizione.
1) Sugli edifici individuati verranno condotte analisi diagnostiche in situ non distruttive atte a verificare le caratteristiche del supporto materico, le condizioni ambientali, lo stato di degrado.
Seguirà la realizzazione di cartografie tematiche di Beni monumentali con CAD e GIS assicurando così la comunicazione e condivisione delle informazioni con la comunità scientifica. Questa attività porterà un ampliamento delle conoscenze sul costruito del patrimonio culturale regionale.
2) i dati ottenuti unitamente alle informazioni provenienti dai test di efficacia e invecchiamento (RI3.2) saranno utilizzati per un nuovo approccio alla progettazione e alla modellizzazione degli interventi strutturali associati alla sperimentazione sui materiali geopolimerici e di interventi di consolidamento e protezione associati all’uso di prodotti ecosostenibili a matrice silossanica e di film biopolimerici.
3) Si considererà anche la sostenibilità economica dei diversi interventi per supportare la identificazione di modelli sostenibili e replicabili. Seguirà l’elaborazione dei dati.
RI 3.2 – Compatibilità dei prodotti sui supporti materici di monumenti ed edifici del patrimonio culturale 1) Si procederà al prelievo in cava di provini rappresentativi del supporto materico degli edifici oggetto di studio da trattare con i prodotti selezionati e sui quali effettuare le prove di invecchiamento accelerato in laboratorio al fine di indentificare la compatibilità dei prodotti e di testarne l’efficacia.
2) I consolidanti e i protettivi, verranno applicati al supporto materico individuato e si procederà alla verifica dell’efficacia e alla penetrazione dei trattamenti attraverso prove di laboratorio.
I campioni saranno soggetti a test per la determinazione dei parametri fisici in accordo con le normative UNI/EN. A queste saranno affiancati test non standard per la valutazione della capacità di penetrazione dei prodotti, quali osservazioni macroscopiche, osservazioni in microscopia ottica e elettronica e microtomografia a raggi X (μ-CT), porosimetria, proprietà superficiali.
L’efficacia dei trattamenti sarà valutata su provini trattati tramite test in accordo con le normative UNI/EN.
A tali test standard, saranno affiancati metodi non standard per lo studio delle capacità di interazione e di adesione degli stessi sul substrato materico selezionato e per la valutazione della distribuzione dei prodotti sulla superficie dei litotipi (osservazioni SEM-EDS, caratterizzazione spettroscopica FT-IR/ATR e Raman, porosità, colorimetria, proprietà meccaniche, ecc.).
Infine, i consolidanti, applicati su litotipi verranno degradati in laboratorio, secondo procedure e metodi tali da mimare i processi di degrado tipici dei litotipi selezionati. Sarà quindi studiata la stabilità dei prodotti sottoposti a invecchiamento attraverso misure meccaniche, superficiali, spettroscopiche e microscopie.
Inoltre, saranno misurate le modificazioni del colore, la formazione di sottoprodotti secondari dannosi; la perdita di massa, la durata del potere protettivo. Simili test di invecchiamento verranno testati sui
