Coniugando competenze
«Nella nostra professione non si tratta della semplice applicazione di regole e norme ma dell’impellente necessità di far assai frequentemente ricorso all’intuizione ed alla creatività». Così Giovanni Lombardi – citato da Roger Bremen, presidente di Lombardi SA Ingegneri Consulenti durante la conferenza Senza innovazione non c’è crescita. Senza ricerca non c’è innovazione, organizzata per i dieci anni dell’Istituto Sistemi e Elettronica Applicata (ISEA) della SUPSI – ci indica l’approccio dell’ingegnere a un problema complesso. Ci vogliono: scienza, tecnica, intuizione e anche un po’ di inventiva.
Per favorire la crescita di giovani ingegneri laureati, lo sviluppo di idee innovative nel settore dell’ingegneria civile, lo sbocciare di intuizioni che possono nascere solo grazie a progetti sostenuti fuori dal percorso di produzione, Giovanni Lombardi ebbe la visione di varare nel 2005 la Fondazione Lombardi Ingegneria.
L’idea, la verifica del concetto e della sua fattibilità
Nel 2007 il nostro Istituto – che vanta una pluriennale esperienza nello sviluppo di sistemi di misura e caratterizzazione di materiali non invasivi mediante sorgenti a microonde – sottopose alla Fondazione Lombardi Ingegneria un’idea di progetto che vedeva l’applicazione di tale competenza all’ingegneria civile, e più segnatamente all’«analisi e caratterizzazione di profili nel sottosuolo per identificare anticipatamente il rischio di una loro possibile liquefazione» grazie alla valutazione del quantitativo d’acqua presente.
Riconosciuta la bontà e l’innovatività dell’idea, la Fondazione approvò lo studio di fattibilità volto a confermare l’applicabilità della metodologia d’indagine all’analisi approfondita del sottosuolo di terreni edificabili, mediante modellizzazione teorica e verifiche sperimentali fino ad alcune decine di metri.
La tecnica standard per l’analisi della composizione del materiale e del quantitativo di acqua in esso contenuto consiste nell’esecuzione di carotaggi che spesso però non sono rappresentativi in quanto forniscono indicazioni per un’area limitata del terreno.
L’innovativo metodo di misura trasmissivo è per contro composto da due sensori: il primo trasmette delle microonde nel materiale in direzione del secondo che le capta. Ciò permette di rilevare la costante dielettrica di tutto il materiale analizzato, a cui può essere correlato in modo preciso il quantitativo di acqua presente. Il vantaggio del rivoluzionario sistema risiede nel volume di indagine che non si limita a una misura puntuale attorno alla sonda, bensì in una misura media della porzione di terreno compresa tra le due antenne che possono distare anche oltre una decina di metri. La variazione verticale di posizione delle stesse garantisce l’ottenimento di un profilo stratigrafico a diverse profondità.
La serie di prove sperimentali effettuate col supporto dell’Istituto Scienze della Terra della SUPSI durante lo studio di fattibilità hanno dimostrato la totale applicabilità del principio di misura basato sulle microonde all’analisi dell’umidità presente in materiali inerti.
Dal punto di vista geologico e geotecnico la strumentazione utilizzata ha fornito, in riferimento ai dati di laboratorio ottenuti, un buon riscontro al variare della granulometria e del contenuto d’acqua nelle diverse fasi sperimentali. Nel 2008 è stato così dimostrato che il principio di misura, la metodologia e il prototipo sviluppato dell’apparecchiatura sono in grado di discernere il quantitativo d’acqua presente anche quando il materiale analizzato non è omogeneo.
Lo sviluppo di una strumentazione da campo
Grazie agli ottimi e promettenti risultati ottenuti, su impulso di Roger Bremen, nel 2009 è stata inoltrata dall’ISEA una richiesta di sostegno finanziario alla Commissione per la Tecnologia e l’Innovazione (CTI, dal 2018 Innosuisse) per lo sviluppo di un progetto che coinvolgeva un ulteriore partner industriale (Smartec SA), interessato allo sviluppo e alla commercializzazione di sistemi di misura per il monitoraggio di terreni e manufatti architettonici. Il progetto, denominato SoLiTe (Soil Liquefaction Test) e durato tre anni, ha permesso la progettazione e la realizzazione del prototipo del sistema di misura e il suo collaudo in laboratorio e nel terreno.
Il prototipo funzionale è composto da un’apparecchiatura portatile in grado di misurare efficacemente anche con sensori posti a una distanza di 15 m e a una profondità variabile fino a ben oltre 20 m. Lo strumento ha denotato un funzionamento corretto ed è utilizzabile in condizioni di parziale umidità del terreno come pure al di sotto della falda acquifera in condizioni di saturazione d’acqua. Misurando a profondità al di sopra del livello di falda è possibile ottenere la percentuale di umidità del terreno, mentre al di sotto della falda, attraverso algoritmi matematici appositamente sviluppati, lo strumento è in grado di evincere la percentuale tra il volume di acqua e di terreno. In condizioni di saturazione è dunque stato possibile ottenere importanti valutazioni della compattezza media del terreno contenuto tra i sensori a diverse profondità.
Il prototipo sviluppato si presenta come uno strumento portatile sotto forma di valigia di misura autonomamente alimentata da batterie, dotata di tutta l’elettronica necessaria per la generazione e il trattamento dei segnali ad alta frequenza, l’elaborazione dei dati misurati e dell’interfaccia utente per l’immissione e la visualizzazione dei dati. I sensori (antenne) sono sviluppati in modo da poter garantire la completa ermeticità anche alle massime profondità di misura.
Il perfezionamento e la produzione
Dopo l’ulteriore importante esecuzione di misure di verifica funzionale su campo svolte dagli ingegneri civili di Lombardi SA Ingegneri Consulenti sotto la supervisione dell’ing. Maren Katterbach, l’azienda ha conferito un successivo incarico per l’ulteriore miglioramento del sistema di misura agli ingegneri elettronici dell’ISEA. In particolare è stato richiesto il perfezionamento dell’elettronica per l’ottenimento di profili di misura fino a una profondità di 70 metri, necessari per consentire l’utilizzo del dispositivo in cantieri nazionali e internazionali. Il suo utilizzo è previsto in modo sistematico in importanti cantieri in tutto il mondo.
Lo studio di fattibilità del 2007, reso possibile dal patrocinio della Fondazione Lombardi Ingegneria, è stato la scintilla di una fruttuosa collaborazione ultradecennale, con numerose altre attività progettuali non citate, che ha condotto a notevoli risultati di ricerca oggi applicati in tutto il mondo. L’attività della Fondazione ha permesso di forgiare giovani professionisti, di metterli a contatto con il mondo dell’ingegneria civile e, grazie allo scambio di visioni e competenze, di realizzare una serie di strumenti innovativi entrati a pieno titolo nella prassi degli specialisti.
Questa esperienza è una valida testimonianza di come il mondo accademico (formazione e ricerca), se a contatto con il modo professionale o con quello industriale, può produrre grande motivazione e crescita professionale. L’eredità morale di Giovanni Lombardi e la proficua collaborazione con la Fondazione Lombardi Ingegneria hanno quindi permesso all’ISEA di consolidare il proprio sapere e di esplicare al meglio uno dei suoi mandati principali: sostenere il tessuto economico e industriale del Cantone Ticino mediante l’innovazione e il trasferimento di competenze e tecnologia.
L’Istituto ISEA ringrazia la fondazione Lombardi Ingegneria per aver favorito la creazione di questo ponte tra ingegneria civile e ingegneria elettronica.
