A Spinoff a Day – Sensori di temperatura per cemento armato

All’interno del programma Adopt A City voluto dall’amministrazione Obama, di cui avevamo già parlato anche in questo spinoff, le Agenzie Federali americane sono state invitate a fornire 40 ore di supporto tecnico e assistenza ad una grande varietà di piccole e medie imprese con base negli Stati Uniti. Lo scopo del programma era quello di far progredire le tecnologie e di promuovere lo scambio di idee tra professionisti di diversi settori ed ingegneri specializzati, con il valore aggiunto della possibilità di utilizzo degli avanzati laboratori NASA in caso di necessità.

La Pile Dynamics Inc. di Cleveland è un’azienda che produce attrezzatura per la verifica della stabilità delle fondamenta, ed è entrata nel progetto Adopt A City in seguito all’idea di inserire i propri tester nei piloni di cemento armato, per verificarne la temperatura.

Il cemento si riscalda mentre solidifica, e i sensori Thermal Integrity Profiler monitorano la temperatura interna di un pilone per verificare la corretta posa del cemento stesso. Se una zona si mantiene fredda, questo potrebbe significare la non integrità del pilastro, oppure l’eccessiva vicinanza a falde acquifere che potrebbero arrugginire le gabbie interne di metallo, e non garantire la stabilità strutturale. I tester sono legati alle gabbie d’acciaio prima ancora del processo di colatura del cemento e leggono le temperature dal primo giorno fino alla fine del periodo di solidifcazione (28 giorni).

Per saldare i tester alle barre d’acciaio l’azienda stava utilizzando un tipo di collante con caratteristiche molto specifiche, e quindi molto costoso. Avrebbe infatti dovuto sopportare sia l’ambiente caustico del cemento in fase di solidificazione che proteggere le schede elettroniche degli strumenti dall’acqua salata nella quale venivano posate le fondamenta. Secondo gli ingegneri elettronici, però, questa seconda funzione non veniva portata a compimento a regola d’arte.

In seguito al contatto con il Glenn Research Center, un ingegnere chimico di NASA ha scorso la lista delle migliaia di aziende specializzate in collanti e resine epossidiche con cui l’Agenzia è in contatto, fino a trovare un fornitore con un prodotto che sembrava venire incontro alle esigenze. Il passo successivo è stato quello di testare la sostanza con alcuni campioni di cemento armato e con i tester della Pile Dynamics. Nei laboratori NASA si è potuta validare la robustezza del collante in ambienti difficili, e la forza del legame tra la sostanza, i tester e le barre in acciaio. “Abbiamo usato la microscopia per valutare la resistenza tra la resina epossidica e i sensori” afferma Miller, l’ingegnere del Glenn incaricato del progetto, “Abbiamo poi sezionato i campioni per assicurarci che la sostanza si fosse distribuita in maniera omogenea, scoprendo tra le altre cose che l’elasticità del legame era più resistente dei cavi stessi che fungevano da sensori”.

Validata la resina, dunque, la Pile Dynamics poté commercializzare i suoi prodotti iniziando dal nuovo progetto di un ponte proprio a Cleveland, l’Innerbelt Bridge sull’Interstate 90. I sensori hanno ricevuto la standardizzazione da parte dell’American Society for Testing e Materials nel 2014 e sono usati come tool standard dal Dipartimento dei Trasporti dell’Ohio. Hanno inoltre ricevuto il premio Charles Pankow per l’Innovazione dalla Società Americana di Ingegneria Civile nel 2015.

Sensori termici per cemento armato © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito di Pile Dynamics [ENG]

Uso dei Thermal Integrity Profiler [‘video – ENG]

Premio Pankow Award per l’Innovazione [ENG]