Sviluppo e applicazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali in leghe di acciaio e alluminio

La presente Tesi ha per oggetto lo sviluppo e la validazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali metallici . In particolare, i nuovi criteri formulati risultano applicabili a componenti metallici, soggetti ad un’ampia gamma di configurazioni di carico: carichi multiassiali variabili nel tempo, in modo ciclico e random, per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Tali criteri costituiscono un utile strumento nell’ambito della valutazione della resistenza/vita a fatica di elementi strutturali metallici, essendo di semplice implementazione, e richiedendo tempi di calcolo piuttosto modesti. Nel primo Capitolo vengono presentate le problematiche relative alla fatica multiassiale, introducendo alcuni aspetti teorici utili a descrivere il meccanismo di danneggiamento a fatica (propagazione della fessura e frattura finale) di componenti strutturali metallici soggetti a carichi variabili nel tempo. Vengono poi presentati i diversi approcci disponibili in letteratura per la verifica a fatica multiassiale di tali componenti, con particolare attenzione all'approccio del piano critico. Infine, vengono definite le grandezze ingegneristiche correlate al piano critico, utilizzate nella progettazione a fatica in presenza di carichi multiassiali ciclici per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Il secondo Capitolo è dedicato allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione della resistenza a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato in termini di tensioni. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2011. In particolare, il primo intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico: nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico a quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Il secondo intervento è relativo alla definizione dell'ampiezza della tensione tangenziale e un nuovo metodo, noto come Prismatic Hull (PH) method (di Araújo e collaboratori), viene implementato nell'algoritmo. L'affidabilità del criterio viene poi verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura. Nel terzo Capitolo viene proposto un criterio di nuova formulazione per la valutazione della vita a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e basso/medio numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico, ed è formulato in termini di deformazioni. In particolare, la formulazione proposta trae spunto, come impostazione generale, dal criterio di fatica multiassiale in regime di alto numero di cicli discusso nel secondo Capitolo. Poiché in presenza di deformazioni plastiche significative (come quelle caratterizzanti la fatica per basso/medio numero di cicli di carico) è necessario conoscere il valore del coefficiente efficace di Poisson del materiale, vengono impiegate tre differenti strategie. In particolare, tale coefficiente viene calcolato sia per via analitica, che per via numerica, che impiegando un valore costante frequentemente adottato in letteratura. Successivamente, per validarne l'affidabilità vengono impiegati numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura; i risultati numerici sono ottenuti al variare del valore del coefficiente efficace di Poisson. Inoltre, al fine di considerare i significativi gradienti tensionali che si verificano in presenza di discontinuità geometriche, come gli intagli, il criterio viene anche esteso al caso dei componenti strutturali intagliati. Il criterio, riformulato implementando il concetto del volume di controllo proposto da Lazzarin e collaboratori, viene utilizzato per stimare la vita a fatica di provini con un severo intaglio a V, realizzati in lega di titanio grado 5. Il quarto Capitolo è rivolto allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione del danno a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali random e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato nel dominio della frequenza. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2014. In particolare, l’intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico, e nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico con quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Infine, l’affidabilità del criterio viene verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura.

Il fallimento di un ducato. Ceti dirigenti, società e volontariato militare a Reggio Emilia (1848-1859)

La ricerca ricostruisce alcuni aspetti della vita politica, sociale e culturale di Reggio Emilia a partire dagli anni Quaranta dell’Ottocento. La campagna militare del 1848-49 e le vicende sociali e politiche che l’accompagnarono costituiscono il punto focale di questo lavoro che mette in evidenza come il complesso di quegli avvenimenti operò un mutamento irreversibile nella realtà cittadina, alimentando aspettative e ideali che non poterono più rimanere confinati nel sistema di governo ducale, divenuto asfittico e superato. Dopo una ricognizione generale della storiografia esistente si è evidenziata la necessità di una nuova lettura della storia cittadina che tenesse conto degli approcci metodologici più recenti e di aspetti fino ad oggi trascurati o completamente ignorati, ripartendo dai documenti ed ampliando la quantità e la tipologia delle fonti. E’ stato perciò condotto un incrocio sistematico tra la documentazione d’archivio pubblica (atti di governo, polizia, decreti, chirografi ducali) e le fonti di carattere privato, spesso assolutamente inedite (cronache, diari, epistolari), cercando di mantenere un approccio il più possibile aperto, mostrando una molteplicità di punti di vista e cogliendo il riflesso dei diversi orientamenti politici e personali attraverso la lettura degli avvenimenti cittadini da parte dei diversi testimoni dell’epoca. Coerentemente con i più recenti apporti della storiografia si è voluto sottolineare l’impatto decisivo che le Istituzioni scolastiche ducali, caratterizzate da notevole conformismo e oscurantismo, hanno avuto nella maturazione politica della generazione che ha guidato il Movimento del 1848. Per portare alla luce questi aspetti è stata proposta una rilettura del sistema educativo reggiano dal punto di vista funzionale e culturale, partendo dai ricordi degli ex studenti e dalla verifica della disciplina vigente all’interno di queste istituzioni. Non poteva essere tralasciata anche una profonda revisione della storia della Chiesa di Reggio Emilia durante il Risorgimento, pertanto si è proceduto ad uno spoglio su larga scala della documentazione conservata nell’archivio della Curia vescovile di Reggio Emilia che ha permesso di giungere ad una complessiva rivalutazione del ruolo del vescovo Cattani durante le vicende del 1848, portando alla luce un aspetto fino ad oggi assolutamente sottovalutato. Nella ricostruzione delle condizioni della Provincia sono stati sottolineati soprattutto gli aspetti sociali, ampliando il quadro in cui si sono svolte le vicende attraverso nuove fonti che hanno aiutato a non focalizzare la ricerca soltanto sui ceti dirigenti e sulle personalità di rilievo. Allo stesso modo si sono descritti i luoghi e le persone della città, cercando di tracciare un ritratto il più fedele possibile della realtà urbana attraverso testimonianze di tenore e mentalità differenti da quelle ‘ufficiali’. Per gli eventi del 1848 (e per quelli del 1859-60) è stato consultato un numero cospicuo di fondi conservati presso l’Archivio di Stato di Reggio, a questi si sono aggiunti gli apporti di molte fonti di carattere privato e di documenti inediti conservati presso l’Archivio di Stato di Torino. Il lavoro propone un’analisi approfondita delle vicende cittadine tra il marzo e l’agosto 1848 e apre a nuove considerazioni sia sul municipalismo, come chiave di lettura del movimento unitario, sia sulla creazione del consenso attorno all’unione dei ducati emiliani con il Regno dell’Alta Italia guidato da Carlo Alberto. Fondamentali sono risultati i fondi della Polizia Estense conservati presso l’Archivio di Stato di Reggio Emilia. Per la loro natura e per le caratteristiche del Ducato (in cui lo stesso duca interviene di persona nei provvedimenti di polizia) hanno permesso di tracciare un quadro assolutamente inedito della vita politica e sociale della Provincia, contribuendo ad arricchire ogni aspetto del lavoro di ricerca. Nell’ultima parte del lavoro sono state messe a confronto le informazioni raccolte sui volontari attraverso lo spoglio di tutte le fonti consultate. La ricerca si era precedentemente basata sugli elenchi dei militi compilati dopo l’unificazione nazionale, elenchi nei quali molte delle informazioni relative ai partecipanti delle campagne del 1848-49 erano andate perdute. Procedendo all’incrocio dei dati raccolti dalla polizia estense al momento del ritorno degli volontari in patria con quelli reperiti nei fondi privati, nelle cronache, nella memorialistica e negli epistolari è stato possibile ricostruire un panorama più completo delle diverse tipologie di combattenti e tracciare un quadro che alla fine risulta assai coerente con la situazione politica e sociale descritta nella prima parte della tesi. Per la prima volta vengono documentate le vicende di coloro che non appartenendo alle classi dirigenti cittadine si sono trovati a combattere per una sorta di azzardo personale nutrito di idealismo patriottico oppure perché inquadrati nei battaglioni dell’ex esercito estense passato al servizio del Governo provvisorio. Emergono l’estrema eterogeneità delle motivazioni e dei destini personali dei combattenti e sono portate alla luce alcune interessanti vicende personali e familiari. I dati sono stati raccolti in modalità digitale per la loro futura fruizione on-line che andrà ad aggiornare il database degli “Albi della memoria” curati da ISTORECO. (http://www.albimemoria-istoreco.re.it/).

Indagine modellistica sulla tenuta idraulica delle difese arginali deputate alla protezione idraulica del territorio

La prima parte di questo lavoro di tesi tratta dell’interazione tra un bacino di laminazione e il sottostante acquifero: è in fase di progetto, infatti, la costruzione di una cassa di espansione sul torrente Baganza, a monte della città di Parma. L’obiettivo di tale intervento è di ridurre il rischio di esondazione immagazzinando temporaneamente, in un serbatoio artificiale, la parte più pericolosa del volume di piena che verrebbe rilasciata successivamente con portate che possono essere agevolmente contenute nel tratto cittadino del torrente. L’acquifero è stato preliminarmente indagato e monitorato permettendone la caratterizzazione litostratigrafica. La stratigrafia si può riassumere in una sequenza di strati ghiaioso-sabbiosi con successione di lenti d’argilla più o meno spesse e continue, distinguendo due acquiferi differenti (uno freatico ed uno confinato). Nel presente studio si fa riferimento al solo acquifero superficiale che è stato modellato numericamente, alle differenze finite, per mezzo del software MODFLOW_2005. L'obiettivo del presente lavoro è di rappresentare il sistema acquifero nelle condizioni attuali (in assenza di alcuna opera) e di progetto. La calibrazione è stata condotta in condizioni stazionarie utilizzando i livelli piezometrici raccolti nei punti d’osservazione durante la primavera del 2013. I valori di conducibilità idraulica sono stati stimati per mezzo di un approccio geostatistico Bayesiano. Il codice utilizzato per la stima è il bgaPEST, un software gratuito per la soluzione di problemi inversi fortemente parametrizzati, sviluppato sulla base dei protocolli del software PEST. La metodologia inversa stima il campo di conducibilità idraulica combinando osservazioni sullo stato del sistema (livelli piezometrici nel caso in esame) e informazioni a-priori sulla struttura dei parametri incogniti. La procedura inversa richiede il calcolo della sensitività di ciascuna osservazione a ciascuno dei parametri stimati; questa è stata valutata in maniera efficiente facendo ricorso ad una formulazione agli stati aggiunti del codice in avanti MODFLOW_2005_Adjoint. I risultati della metodologia sono coerenti con la natura alluvionale dell'acquifero indagato e con le informazioni raccolte nei punti di osservazione. Il modello calibrato può quindi essere utilizzato come supporto alla progettazione e gestione dell’opera di laminazione. La seconda parte di questa tesi tratta l'analisi delle sollecitazioni indotte dai percorsi di flusso preferenziali causati da fenomeni di piping all’interno dei rilevati arginali. Tali percorsi preferenziali possono essere dovuti alla presenza di gallerie scavate da animali selvatici. Questo studio è stato ispirato dal crollo del rilevato arginale del Fiume Secchia (Modena), che si è verificato in gennaio 2014 a seguito di un evento alluvionale, durante il quale il livello dell'acqua non ha mai raggiunto la sommità arginale. La commissione scientifica, la cui relazione finale fornisce i dati utilizzati per questo studio, ha attribuito, con molta probabilità, il crollo del rilevato alla presenza di tane di animali. Con lo scopo di analizzare il comportamento del rilevato in condizioni integre e in condizioni modificate dall'esistenza di un tunnel che attraversa il manufatto arginale, è stato realizzato un modello numerico 3D dell’argine mediante i noti software Femwater e Feflow. I modelli descrivono le infiltrazioni all'interno del rilevato considerando il terreno in entrambe le porzioni sature ed insature, adottando la tecnica agli elementi finiti. La tana è stata rappresentata da elementi con elevata permeabilità e porosità, i cui valori sono stati modificati al fine di valutare le diverse influenze sui flussi e sui contenuti idrici. Per valutare se le situazioni analizzate presentino o meno il verificarsi del fenomeno di erosione, sono stati calcolati i valori del fattore di sicurezza. Questo è stato valutato in differenti modi, tra cui quello recentemente proposto da Richards e Reddy (2014), che si riferisce al criterio di energia cinetica critica. In ultima analisi è stato utilizzato il modello di Bonelli (2007) per calcolare il tempo di erosione ed il tempo rimanente al collasso del rilevato.

Reformulation of a thermostable broadly protective recombinant vaccine against human papilloma virus

The causal relationship between Human Papilloma Virus (HPV) infection and cervical cancer has motivated the development, and further improvement, of prophylactic vaccines against this virus. 70% of cervical cancers, 80% of which in low-resources countries, are associated to HPV16 and HPV18 infection, with 13 additional HPV types, classified as high-risk, responsible for the remaining 30% of tumors. Current vaccines, Cervarix® (GlaxoSmithKline) and Gardasil®(Merk), are based on virus-like particles (VLP) obtained by self-assembly of the major capsid protein L1. Despite their undisputable immunogenicity and safety, the fact that protection afforded by these vaccines is largely limited to the cognate serotypes included in the vaccine (HPV 16 and 18, plus five additional viral types incorporated into a newly licensed nonavalent vaccine) along with high production costs and reduced thermal stability, are pushing the development of 2nd generation HPV vaccines based on minor capsid protein L2. The increase in protection broadness afforded by the use of L2 cross-neutralizing epitopes, plus a marked reduction of production costs due to bacterial expression of the antigens and a considerable increase in thermal stability could strongly enhance vaccine distribution and usage in low-resource countries. Previous studies from our group identified three tandem repeats of the L2 aa. 20-38 peptide as a strongly immunogenic epitope if exposed on the scaffold protein thioredoxin (Trx). The aim of this thesis work is the improvement of the Trx-L2 vaccine formulation with regard to cross-protection and thermostability, in order to identify an antigen suitable for a phase I clinical trial. By testing Trx from different microorganisms, we selected P. furiosus thioredoxin (PfTrx) as the optimal scaffold because of its sustained peptide epitope constraining capacity and striking thermal stability (24 hours at 100°C). Alternative production systems, such as secretory Trx-L2 expression in the yeast P. pastoris, have also been set-up and evaluated as possible means to further increase production yields, with a concomitant reduction of production costs. Limitations in immune-responsiveness caused by MHC class II polymorphisms –as observed, for example, in different mouse strains- have been overcome by introducing promiscuous T-helper (Th) epitopes, e.g., PADRE (Pan DR Epitope), at both ends of PfTrx. This allowed us to obtain fairly strong immune responses even in mice (C57BL/6) normally unresponsive to the basic Trx-L2 vaccine. Cross-protection was not increased, however. I thus designed, produced and tested a novel multi-epitope formulation consisting of 8 and 11 L2(20-38) epitopes derived from different HPV types, tandemly joined into a single thioredoxin molecule (“concatemers”). To try to further increase immunogenicity, I also fused our 8X and 11X PfTrx-L2 concatemers to the N-terminus of an engineered complement-binding protein (C4bp), capable to spontaneously assemble into ordered hepatmeric structures, previously validated as a molecular adjuvant. Fusion to C4bp indeed improved antigen presentation, with a fairly significant increase in both immunogenicity and cross-protection. Another important issue I addressed, is the reduction of vaccine doses/treatment, which can be achieved by increasing immunogenicity, while also allowing for a delayed release of the antigen. I obtained preliminary, yet quite encouraging results in this direction with the use of a novel, solid-phase vaccine formulation, consisting of the basic PfTrx-L2 vaccine and its C4bp fusion derivative adsorbed to mesoporus silica-rods (MSR).