Multiscale models of diffusion and production of defects in porous materials

Questo lavoro di tesi vuole mettere a punto un modello fisico per la descrizione dei fenomeni di diffusione all’interno dei materiali porosi che sono comunemente utilizzati nei beni di interesse archeologico, storico e artistico. La tesi prende innanzitutto in esame i principali fenomeni di trasporto di umidità e calore che avvengono all’interno e attraverso la struttura porosa. Infatti l’esposizione agli agenti atmosferici, e all’acqua in particolare, causa un inevitabile degrado della struttura. L’acqua entra in contatto in forma liquida e di vapore con la struttura porosa e viene quindi trasportata all’interno del mezzo; un primo step è dunque una descrizione dal punto di vista fisico-matematico di tali meccanismi. Dato che la presenza d’acqua influenza anche le proprietà termiche della struttura, si è poi rivolta l’attenzione al trasporto di calore, ottenendo quindi un modello con due equazioni accoppiate per il trasporto simultaneo di calore e umidità. Inoltre, un aspetto particolarmente interessante concerne lo studio del trasporto e dell’interazione dell’idrossido di bario. Quest’ultimo composto viene applicato come parte fondamentale di un metodo, chiamato per l’appunto metodo del bario, con lo scopo di ottenere una duplice azione desolfatante e consolidante all’interno di strutture soggiacenti affreschi e pitture murali. Grazie a questo metodo, la superficie degradata dal fenomeno della solfatazione viene ripristinata tramite il consolidamento della matrice costitutiva dell’affresco. Sebbene il metodo del bario sia vastamente utilizzato, esso non è mai stato studiato prima d’ora dal punto di vista teorico. Uno degli scopi principali della tesi è, dunque, proporre un modello che ne permetta la descrizione e, in futuro, la simulazione numerica per poter capire effettivamente ciò che accade. Oggi risulta più che mai chiaro che il solo monitoraggio dei beni culturali è insufficiente, ma è invece necessario intervenire su più fronti con un approccio multidisciplinare. In tal senso, i modelli fisico-matematici possono dunque offrire una valido aiuto alla conservazione del patrimonio artistico e culturale.