Behaviour and applications of elastic waves in structures and metamaterials

The present thesis focuses on elastic waves behaviour in ordinary structures as well as in acousto-elastic metamaterials via numerical and experimental applications. After a brief introduction on the behaviour of elastic guided waves in the framework of non-destructive evaluation (NDE) and structural health monitoring (SHM) and on the study of elastic waves propagation in acousto-elastic metamaterials, dispersion curves for thin-walled beams and arbitrary cross-section waveguides are extracted via Semi-Analytical Finite Element (SAFE) methods. Thus, a novel strategy tackling signal dispersion to locate defects in irregular waveguides is proposed and numerically validated. Finally, a time-reversal and laser-vibrometry based procedure for impact location is numerically and experimentally tested. In the second part, an introduction and a brief review of the basic definitions necessary to describe acousto-elastic metamaterials is provided. A numerical approach to extract dispersion properties in such structures is highlighted. Afterwards, solid-solid and solid-fluid phononic systems are discussed via numerical applications. In particular, band structures and transmission power spectra are predicted for 1P-2D, 2P-2D and 2P-3D phononic systems. In addition, attenuation bands in the ultrasonic as well as in the sonic frequency regimes are experimentally investigated. In the experimental validation, PZTs in a pitch-catch configuration and laser vibrometric measurements are performed on a PVC phononic plate in the ultrasonic frequency range and sound insulation index is computed for a 2P-3D phononic barrier in the sonic frequency range. In both cases the numerical-experimental results comparison confirms the existence of the numerical predicted band-gaps. Finally, the feasibility of an innovative passive isolation strategy based on giant elastic metamaterials is numerically proved to be practical for civil structures. In particular, attenuation of seismic waves is demonstrated via finite elements analyses. Further, a parametric study shows that depending on the soil properties, such an earthquake-proof barrier could lead to significant reduction of the superstructure displacement.

Experimental assessment of environmental decay effects in masonry via non destructive diagnostic techniques and mechanical tests

Environmental decay in porous masonry materials, such as brick and mortar, is a widespread problem concerning both new and historic masonry structures. The decay mechanisms are quite complex dependng upon several interconnected parameters and from the interaction with the specific micro-climate. Materials undergo aesthetical and substantial changes in character but while many studies have been carried out, the mechanical aspect has been largely understudied while it bears true importance from the structural viewpoint. A quantitative assessment of the masonry material degradation and how it affects the load-bearing capacity of masonry structures appears missing. The research work carried out, limiting the attention to brick masonry addresses this issue through an experimental laboratory approach via different integrated testing procedures, both non-destructive and mechanical, together with monitoring methods. Attention was focused on transport of moisture and salts and on the damaging effects caused by the crystallization of two different salts, sodium chloride and sodium sulphate. Many series of masonry specimens, very different in size and purposes were used to track the damage process since its beginning and to monitor its evolution over a number of years Athe same time suitable testing techniques, non-destructive, mini-invasive, analytical, of monitoring, were validated for these purposes. The specimens were exposed to different aggressive agents (in terms of type of salt, of brine concentration, of artificial vs. open-air natural ageing, …), tested by different means (qualitative vs. quantitative, non destructive vs. mechanical testing, punctual vs. wide areas, …), and had different size (1-, 2-, 3-header thick walls, full-scale walls vs. small size specimens, brick columns and triplets vs. small walls, masonry specimens vs. single units of brick and mortar prisms, …). Different advanced testing methods and novel monitoring techniques were applied in an integrated holistic approach, for quantitative assessment of masonry health state.

Development of An Energy Modeling Approach to Analyse Historical Building Performance

In the last years the attentions on the energy efficiency on historical buildings grows, as different research project took place across Europe. The attention on combining, the need of the preservation of the buildings, their value and their characteristic, with the need of the reduction of energy consumption and the improvements of indoor comfort condition, stimulate the discussion of two points of view that are usually in contradiction, buildings engineer and Conservation Institution. The results are surprising because a common field is growing while remains the need of balancing the respective exigencies. From these experience results clear that many questions should be answered also from the building physicist regarding the correct assessment: on the energy consumption of this class of buildings, on the effectiveness of the measures that could be adopted, and much more. This thesis gives a contribution to answer to these questions developing a procedure to analyse the historic building. The procedure gives a guideline of the energy audit for the historical building considering the experimental activities to dial with the uncertainty of the estimation of the energy balance. It offers a procedure to simulate the energy balance of building with a validated dynamic model considering also a calibration procedure to increase the accuracy of the model. An approach of design of energy efficiency measures through an optimization that consider different aspect is also presented. All the process is applied to a real case study to give to the reader a practical understanding.

Proof theory of quantified modal logics

We introduce labelled sequent calculi for indexed modal logics. We prove that the structural rules of weakening and contraction are height-preserving admissible, that all rules are invertible, and that cut is admissible. Then we prove that each calculus introduced is sound and complete with respect to the appropriate class of transition frames.

Il principio di consensualita' e la tutela dell'interesse pubblico nel governo del territorio. Un'analisi comparata

La tesi di dottorato ha ad oggetto il principio di consensualità nell’agere amministrativo, inteso quale principio generale dell’ordinamento, che regola un’azione della Pubblica amministrazione di necessità funzionalizzata al perseguimento dell’interesse pubblico. E’ pertanto sull’oscillazione problematica tra un rapporto duale e dicotomico, che ricorre tra la dimensione bilaterale dell’uso di moduli negoziali pubblico-privati aventi ad oggetto l’esercizio del potere pubblico, e la prospettiva generale e collettiva che sottintende la cura dell’interesse pubblico, che si riflette nell’elaborato. Materia di studio prescelta è, poi, il governo del territorio, settore dell’ordinamento ove più diffusamente si concludono accordi amministrativi tra Pubblica amministrazione e privati. In particolare, l’analisi è rivolta allo studio delle tanto nuove quanto problematiche fattispecie denominate accordi “a monte” delle prescrizioni urbanistiche, che rappresentano l’espressione più alta, al momento, del principio di consensualità. I problemi di ammissibilità giuridica posti da una parte della dottrina hanno richiesto una ricerca di un possibile fondamento positivo espresso per gli accordi “a monte”, anche al fine di mettere al riparo le leggi regionali che li disciplinano, da eventuali dubbi di legittimità costituzionale. Tale ricerca è stata condotta anche attraverso l’ausilio del diritto comparato. E’ così, stato possibile riscontrare anzitutto l’esistenza del principio di consensualità in un numero considerevole di Paesi, salve alcune eccezioni, alla cui analisi è stato dedicato ampio spazio di trattazione (in particolare, la Francia). Per altro verso, le analoghe esperienze giuridiche provenienti da altri Stati europei (in particolare, la Spagna) sono state d’ausilio per la finale elaborazione di un possibile modello di procedimento per la conclusione degli accordi “a monte”; mentre la constatazione di comuni giustificazioni dottrinali ha permesso l’elaborazione di una nuova possibile natura giuridica da riconoscere agli accordi in parola (accordi normativi) e la definizione di precise ricadute pratiche e giuridiche quanto al rapporto.

Moduli consensuali nei rapporti tra Stato e autonomie territoriali e ruolo delle Conferenze

Ad oltre un decennio dalla riforma costituzionale del 2001, la non compiuta attuazione della stessa sembra condurre ad una nuova ed assai prossima revisione costituzionale. Nel mutato quadro costituzionale di quest’ultimo periodo l’attenzione e l’interesse sono stati richiamati da una grande quantità di accordi, di intese e di altri moduli consensuali, introdotti ed esitati nei rapporti tra Stato ed autonomie territoriali. Dall’esame del sistema delle Conferenze si è evidenziata la loro indispensabilità ai fini del coordinamento delle azioni politico –amministrative delle autonomie territoriali, ma è anche venuta fuori l’esigenza di ricorrere frequentemente ad altri tipi di moduli consensuali, spesso non tipizzati in ambito legislativo. I principi di sussidiarietà e di leale collaborazione inducono non di rado ad assumere, nella concretezza, forme eterogenee poco chiare e confuse (accordo, intesa, concerto, parere) che, pur considerati i contributi offerti dalla dottrina e dalla giurisprudenza, richiederebbero un intervento da parte del legislatore. L’approfondimento tematico ha rilevato, nel contesto di rapporti tra Stato ed autonomie territoriali, un movimento per così dire ondulatorio tra accese spinte autonomistiche e rimarcate esigenze centralistiche, lasciando ancora nella prospettiva una operativa ed efficiente armonia istituzionale.

Medical Malpractice in Public Healthcare Systems: An Empirical Investigation of Scheduled Damages

In the last decades, medical malpractice has been framed as one of the most critical issues for healthcare providers and health policy, holding a central role on both the policy agenda and public debate. The Law and Economics literature has devoted much attention to medical malpractice and to the investigation of the impact of malpractice reforms. Nonetheless, some reforms have been much less empirically studied as in the case of schedules, and their effects remain highly debated. The present work seeks to contribute to the study of medical malpractice and of schedules of noneconomic damages in a civil law country with a public national health system, using Italy as case study. Besides considering schedules and exploiting a quasi-experimental setting, the novelty of our contribution consists in the inclusion of the performance of the judiciary (measured as courts’ civil backlog) in the empirical analysis. The empirical analysis is twofold. First, it investigates how limiting compensations for pain and suffering through schedules impacts on the malpractice insurance market in terms of presence of private insurers and of premiums applied. Second, it examines whether, and to what extent, healthcare providers react to the implementation of this policy in terms of both levels and composition of the medical treatments offered. Our findings show that the introduction of schedules increases the presence of insurers only in inefficient courts, while it does not produce significant effects on paid premiums. Judicial inefficiency is attractive to insurers for average values of schedules penetration of the market, with an increasing positive impact of inefficiency as the territorial coverage of schedules increases. Moreover, the implementation of schedules tends to reduce the use of defensive practices on the part of clinicians, but the magnitude of this impact is ultimately determined by the actual degree of backlog of the court implementing schedules.

Diritti umani e diritto alla salute - la questione dell’accesso ai farmaci come un problema di Giustizia Globale

Riconosciuto il problema dell’accesso ai farmaci come un problema di giustizia globale, la dissertazione, da un lato, è incentrata sullo studio dei diritti umani e sul diritto alla salute da una prospettiva giusfilosofica e, dall’altro, è finalizzata ad analizzare la disciplina brevettuale internazionale, sia approfondendo gli interessi realmente in gioco, sia studiando la struttura economica del brevetto stesso. Si è cercato quindi di guardare a tali interessi da una nuova prospettiva, ipotizzando una gerarchia di valori che sia completa e coerente con gli obiettivi che la dottrina, la giurisprudenza, nonché il diritto internazionale formalmente enunciano. Il progetto di ricerca vuole, in definitiva, arrivare a proporre nuove soluzioni giuridiche al problema dell’accesso ai farmaci. La dissertazione svolge pertanto uno studio critico della proposta di Thomas Pogge, di natura politica e giuridica e sorretta da istanze filosofiche, volta alla soluzione del problema dell’accesso ai farmaci, i.e. l’Health Impact Fund (HIF). Proposta che pone radicalmente in discussione, anche concretamente, il dogma del monopolio concesso con la privativa quale ricompensa per i costi di R&D sostenuti dai titolari dei brevetti e che pone, invece, l’accento sull’effettivo impatto sulla salute globale di ogni singola invenzione. Analizzandone approfonditamente gli aspetti più rilevanti, si passano poi in rassegna, criticamente, le proposte, alternative o di riforma, del sistema di proprietà intellettuale, volte al miglioramento dell’accesso ai farmaci; a tal proposito, si propone quindi una riforma transitoria della disciplina brevettuale, c.d. Trading Time for Space (TTS), che prevede un allungamento temporale dell’esclusiva brevettuale (Time) in cambio della vendita da parte del titolare della privativa del farmaco ad un prezzo accessibile nei Paesi in via di sviluppo (Space).

La consulenza in materia di investimenti

Il lavoro propone un’analisi critica delle disciplina italiana ed europea della consulenza in materia di investimenti. Si considerano innanzitutto le problematiche generali del rapporto tra cliente e intermediario nella prestazione della consulenza, con particolare riferimento ad asimmetrie informative e conflitti di interesse. Si discute, in particolare, il tradizionale paradigma regolamentare fondato sulla trasparenza: le indicazioni della finanza comportamentale suggeriscono, infatti, un intervento normativo più deciso, volto a caratterizzare in maniera fiduciaria la relazione tra cliente e intermediario. Dopo aver analizzato, alla stregua dei modelli teorici illustrati in precedenza, l’evoluzione storica della disciplina della consulenza nell’ordinamento italiano, si sottolinea il ruolo svolto dall’autorità di vigilanza nella sistematizzazione dell’istituto, nel contempo rilevando, tuttavia, la complessiva insufficienza delle norme vigenti al fine di un’adeguata tutela dell’investitore. Si esamina poi la disciplina introdotta dalla MiFID, con specifica attenzione alle implicazioni sistematiche dell’estensione della nozione di consulenza operata dalle autorità di vigilanza: la nuova configurazione del servizio ha determinato un’intensificazione dei doveri fiduciari imposti agli intermediari, testimoniando un superamento del paradigma di trasparenza e un percorso indirizzato verso un approccio maggiormente interventista sul lato dell’offerta. Le conclusioni sono, peraltro, nel senso di uno sviluppo solo parziale di tale processo, risultando dubbio il valore per il cliente di una consulenza non indipendente e potenzialmente esposta, soprattutto negli intermediari polifunzionali, al conflitto di interessi. Particolare enfasi viene posta sulla necessità di introdurre un’effettiva consulenza indipendente, pur nelle difficoltà che la relativa disciplina incontra, anche in ragione delle caratteristiche specifiche del mercato, nell’ordinamento italiano.

Conflict affected peoples’ access to education: IDP pupils in Georgia

This work seeks to understand what kind of impact educational policies have had on the secondary school students among internally displaced persons (IDPs) and their identity reconstruction in Georgia. The study offers a snapshot of the current situation based on desk study and interviews conducted among a sample of secondary school IDP pupils. In the final chapter, the findings will be reflected against the broader political context in Georgia and beyond. The study is interdisciplinary and its methodology is based on social identity theory. I shall compare two groups of IDPs who were displaced as a result of two separate conflicts. The IDPs displaced as a result of conflict in Abkhazia in 1992–1994 are named as old caseload IDPs. The second group of IDPs were displaced after a conflict in South Ossetia in 2008. Additionally, I shall touch upon the situation of the pupils among the returnees, a group of Georgian old caseload IDPs, who have spontaneously returned to de facto Abkhazia. According to the interviews, the secondary school student IDPs identify themselves strongly with the Georgian state, but their group identities are less prevailing. Particularly the old case load IDP students are fully integrated in local communities. Moreover, there seems not to be any tangible bond between the old and new caseload IDP students. The schools have neither tried nor managed to preserve IDP identities which would, for instance, make political mobilisation likely along these lines. Right to education is a human right enshrined in a number of international conventions to which the IDPs are also entitled. Access to education or its denial has a deep impact on individual and societal development. Furthermore, education has a major role in (re)constructing personal as well as national identity.

Social Welfare and Behavioral Public Policies

In this work I discuss several key aspects of welfare economics and policy analysis and I propose two original contributions to the growing field of behavioral public policymaking. After providing a historical perspective of welfare economics and an overview of policy analysis processes in the introductory chapter, in chapter 2 I discuss a debated issue of policymaking, the choice of the social welfare function. I contribute to this debate by proposing an original methodological contribution based on the analysis of the quantitative relationship among different social welfare functional forms commonly used by policy analysts. In chapter 3 I then discuss a behavioral policy to contrast indirect tax evasion based on the use of lotteries. I show that the predictions of my model based on non-expected utility are consistent with observed, and so far unexplained, empirical evidence of the policy success. Finally, in chapter 4 I investigate by mean of a laboratory experiment the effects of social influence on the individual likelihood to engage in altruistic punishment. I show that bystanders’ decision to engage in punishment is influenced by the punishment behavior of their peers and I suggest ways to enact behavioral policies that exploit this finding.

Studio elettrofisiologico di modificazioni a lungo termine della forza della trasmissione sinaptica nel sistema nervoso centrale

Il nucleo accumbens (NAc), il maggior componente del sistema mesocorticolimbico, è coinvolto nella mediazione delle proprietà di rinforzo e nella dipendenza da diverse sostanze d’abuso. Le sinapsi glutammatergiche del NAc possono esprimere plasticità, tra cui una forma di depressione a lungo termine (LTD) dipendente dagli endocannabinoidi (eCB). Recenti studi hanno dimostrato un’interazione tra le vie di segnalazione del sistema eCB e quelle di altri sistemi recettoriali, compreso quello serotoninergico (5-HT); la vasta colocalizzazione di recettori serotoninergici e CB1 nel NAc suggerisce la possibilità di un’interazione tra questi due sistemi. In questo studio abbiamo riscontrato che una stimolazione a 4 Hz per 20 minuti (LFS-4Hz) delle afferenze glutammatergiche in fettine cerebrali di ratto, induce una nuova forma di eCB-LTD nel core del NAc, che richiede l’attivazione dei recettori CB1 e 5-HT2 e l’apertura dei canali del Ca2+ voltaggio-dipendenti di tipo L. Inoltre abbiamo valutato che l’applicazione esogena di 5-HT (5 M, 20 min) induce una LTD analoga (5-HT-LTD) a livello delle stesse sinapsi, che richiede l’attivazione dei medesimi recettori e l’apertura degli stessi canali del Ca2+; LFS-4Hz-LTD e 5-HT-LTD sono reciprocamente saturanti. Questi risultati suggeriscono che la LFS-4Hz induce il rilascio di 5-HT, che si lega ai recettori 5-HT2 a livello postsinaptico incrementando l’influsso di Ca2+ attraverso i canali voltaggio-dipendenti di tipo L e la produzione e il rilascio di 2-arachidonoilglicerolo; l’eCB viaggia a ritroso e si lega al recettore CB1 a livello presinaptico, causando una diminuzione duratura del rilascio di glutammato, che risulta in una LTD. Queste osservazioni possono essere utili per comprendere i meccanismi neurofisiologici che sono alla base della dipendenza da sostanze d’abuso, della depressione maggiore e di altre malattie psichiatriche caratterizzate dalla disfunzione della neurotrasmissione di 5-HT nel NAc.

Sistemi tecnologici innovativi di involucro per il recupero del patrimonio edilizio recente. L'edilizia scolastica nel Comune di Bologna

La ricerca è volta a presentare un nuovo approccio integrato, a supporto di operatori e progettisti, per la gestione dell’intero processo progettuale di interventi di riqualificazione energetica e architettonica del patrimonio edilizio recente, mediante l’impiego di soluzioni tecnologiche innovative di involucro edilizio. Lo studio richiede necessariamente l’acquisizione di un repertorio selezionato di sistemi costruttivi di involucro, come base di partenza per l’elaborazione di soluzioni progettuali di recupero delle scuole appartenenti al secondo dopoguerra, in conglomerato cementizio armato, prevalentemente prefabbricate. Il progetto individua procedimenti costruttivi ecocompatibili per la progettazione di componenti prefabbricati di involucro “attivo”, adattabile ed efficiente, da assemblare a secco, nel rispetto dei requisiti prestazionali richiesti dalle attuali normative. La ricerca è finalizzata alla gestione dell’intero processo, supportato da sistemi di rilevazione geometrica, collegati a software di programmazione parametrica per la modellazione di superfici adattabili alla morfologia dei fabbricati oggetto di intervento. Tali strumenti informatizzati CAD-CAM sono connessi a macchine a controllo numerico CNC per la produzione industrializzata degli elementi costruttivi “su misura”. A titolo esemplificativo dell’approccio innovativo proposto, si formulano due possibili soluzioni di involucro in linea con i paradigmi della ricerca, nel rispetto dei principi di sostenibilità, intesa come modularità, rapidità di posa, reversibilità, recupero e riciclo di materiali. In particolare, le soluzioni innovative sono accomunate dall’applicazione di una tecnica basata sull’assemblaggio di elementi prefabbricati, dall’adozione di una trama esagonale per la tassellazione della nuova superficie di facciata, e dall’utilizzo del medesimo materiale termico isolante, plastico e inorganico, riciclato ed ecosostenibile, a basso impatto ambientale (AAM - Alkali Activated Materials). Le soluzioni progettuali proposte, sviluppate presso le due sedi coinvolte nella cotutela (Università di Bologna, Université Paris-Est) sono affrontate secondo un protocollo scientifico che prevede: progettazione del sistema costruttivo, analisi meccanica e termica, sperimentazione costruttiva, verifica delle tecniche di messa in opera e dei requisiti prestazionali.

Advanced aspects of radiation protection in the use of particle accelerators in the medical field

In this work, the well-known MC code FLUKA was used to simulate the GE PETrace cyclotron (16.5 MeV) installed at “S. Orsola-Malpighi” University Hospital (Bologna, IT) and routinely used in the production of positron emitting radionuclides. Simulations yielded estimates of various quantities of interest, including: the effective dose distribution around the equipment; the effective number of neutron produced per incident proton and their spectral distribution; the activation of the structure of the cyclotron and the vault walls; the activation of the ambient air, in particular the production of 41Ar, the assessment of the saturation yield of radionuclides used in nuclear medicine. The simulations were validated against experimental measurements in terms of physical and transport parameters to be used at the energy range of interest in the medical field. The validated model was also extensively used in several practical applications uncluding the direct cyclotron production of non-standard radionuclides such as 99mTc, the production of medical radionuclides at TRIUMF (Vancouver, CA) TR13 cyclotron (13 MeV), the complete design of the new PET facility of “Sacro Cuore – Don Calabria” Hospital (Negrar, IT), including the ACSI TR19 (19 MeV) cyclotron, the dose field around the energy selection system (degrader) of a proton therapy cyclotron, the design of plug-doors for a new cyclotron facility, in which a 70 MeV cyclotron will be installed, and the partial decommissioning of a PET facility, including the replacement of a Scanditronix MC17 cyclotron with a new TR19 cyclotron.

La gestione dei beni fiscali da parte di Federico II di Svevia: Il "Quaternus excadenciarum capitinate". Edizione e commento

La ricerca è stata incentrata su di una fonte di grande importanza per una più puntuale comprensione della vita del regno di Federico II: il Quaternus excadenciarum Capitinate. Essa ha tenuto presenti le altre fonti coeve: Liber Augustalis, Registro della Cancelleria di Federico II degli anni 1239-1240, fonti cronachistiche. Il Quaternus è un inventario di talune particolari categorie di beni demaniali, le excadencie, la cui concessione è scaduta e pertanto ritornano al fisco. Tali beni sono situati in 33 località del Giustizierato di Capitanata. Senza data, è stato redatto tra il 1249 e il 1250 (risultano inseriti i beni confiscati a Pier della Vigna, bollato di tradimento nel febbraio 1249). Obiettivo della ricerca è stato duplice: 1) analizzare e approfondire le questioni di natura giuridico-istituzionale ed economica implicate nel documento e tentare di ricostruire uno spaccato della Capitanata del XIII sec.; 2) offrire una nuova e più corretta edizione del testo. La prima parte dello studio ha inteso inquadrare il documento nel contesto delle esigenze proprie delle monarchie del tempo di tenere sotto controllo i beni immobili di ciascun regno ed analizzare la politica economica fridericiana (capp. I, II). La seconda parte è stata dedicata agli approfondimenti innanzi ricordati. Essa è struttura in sette capitoli (I. Il Quaternus excadenciarum Capitinate; II. Beni e diritti costituenti le excadencie Capitinate; III. Il Quaternus come specchio di una politica dispotica; IV. La gestione delle excadencie; V. Pesi e misure; VI. Monete e valori; VII. Il Quaternus come documento sullo stato della Capitanata nel XIII secolo). In appendice: tabelle che offrono per ciascuna delle 33 località considerate, puntuali indicazioni dei beni e diritti censiti, dei nomi dei titolari delle concessioni (spesso personaggi di rango) e delle relative rendite.