Facing the biodeterioration of construction and cultural heritage materials: a novel approach to predict algae growth on fired brick surfaces
Autore/i: Gregorini, Benedetta
Editore: Università Politecnica delle Marche
Classificazione: 8 Tesi di dottorato
Abstract: Il biodeterioramento è un processo di degrado provocato dagli agenti biologici e dalla loro successiva colonizzazione delle superfici. Per i materiali dei beni culturali, soprattutto per i laterizi, questo processo è ricorrente e spesso causa una grave perdita di valore culturale ed economico, a causa delle frequenti operazioni di manutenzione. Inoltre, possono sorgere dei rischi per la salute umana a causa delle attività microbiche. I laterizi impiegati per la costruzione degli edifici sono spesso colonizzati da microrganismi come alghe e cianobatteri che fungono anche da apripista per le altre forme biologiche. Ciò accade perché le caratteristiche del supporto (cioè porosità e rugosità) in combinazione con le condizioni ambientali, ad es. temperatura e umidità relativa, consentono la ritenzione dell'acqua all'interno del materiale e offrono ancoraggi meccanici, garantendo condizioni favorevoli per il loro sviluppo. Negli ultimi anni sono stati forniti numerosi modelli matematici che descrivono la crescita microbica sulle superfici degli edifici con l'obiettivo di ridurne il degrado e prevenire i rischi per la salute umana. Tali modelli sono in grado di simulare il biofouling (principalmente per muffe e funghi) su diversi materiali da costruzione (es. legno, cemento, intonaci e materiali isolanti) e, grazie alla loro formulazione analitica, sono stati implementati su un software di simulazione igrotermica che consente ad ingegneri e professionisti di prevederne il biofouling sulle componenti edilizie nel corso degli anni. Stando però alla conoscenza dell’autore, i modelli per alghe e cianobatteri sono ancora limitati. Pertanto, questo lavoro vuole fornire un nuovo approccio volto a simulare, prevedere e, quindi, prevenire i fenomeni di biodegrado dovuti alla crescita di alghe sulle superfici dei laterizi. Tale approccio fornisce in primo luogo la definizione di un modello di danno della crescita delle alghe a partire da fattori di influenza dei materiali e delle condizioni ambientali. Il modello è stato sviluppato preliminarmente attraverso l'implementazione dell'equazione di Avrami basandosi sui dati sperimentali dei laterizi. Il modello è stato poi implementato per prevedere la crescita delle alghe in condizioni ambientali variabili nel tempo in modo da consentire future applicazioni sui software di simulazione. Il modello è stato basato sulla teoria di Avrami perché la letteratura lo ha ampiamente applicato nel corso degli anni: è stato utilizzato per descrivere il biofouling delle alghe su malte, mattoni e pietre in condizioni ambientali ottimali e non, anche considerando gli effetti di trattamenti biocidi. Nonostante ciò, alcune limitazioni sono state rilevate in occasione di una crescita molto rapida e/o molto lenta. Perciò, il secondo aspetto del nuovo approccio fornisce una nuova teoria che superi questi difetti. La teoria scelta è stata l'equazione logistica poiché sviluppata e ampiamente adottata nella descrizione dei processi di crescita di diverse popolazioni. È stato eseguito un confronto teorico tra la teoria di Avrami e l'equazione logistica riguardante la capacità di sovrapporsi ai dati sperimentali, di superare le limitazioni del primo modello ed infine l’eventuale correlazione con i fattori influenzanti la crescita algale. I risultati di questo lavoro hanno confermato le capacità di entrambe le nuove strategie di approccio. Il modello di danno per la crescita delle alghe è stato determinato e validato per le superfici dei laterizi e poi le sue applicazioni hanno mostrato la sua ampia applicabilità, come ad esempio a diversi tipi di mattoni, i valori di temperatura e umidità relativa, sia costanti che variabili nel tempo. Tuttavia, la formulazione del modello basata sulla teoria di Avrami potrebbe essere implementata con la formula logistica poiché si è dimostrata più performante, consentendo quindi l'applicazione di tale strategia su larga scala.
Scheda della pubblicazione: https://iris.univpm.it/handle/11566/289631 
