Il monitoraggio suolo-pianta per la valutazione dell'inquinamento da metalli pesanti nell'ambiente urbano

Il lavoro di tesi è incentrato sulla valutazione del degrado del suolo dovuto a fenomeni di inquinamento da metalli pesanti aerodispersi, ovvero apportati al suolo mediante deposizioni atmosferiche secche ed umide, in ambiente urbano. Lo scopo della ricerca è legato principalmente alla valutazione dell’efficienza del metodo di monitoraggio ideato che affianca al campionamento e all’analisi pedologica l’utilizzo di bioindicatori indigeni, quali il muschio, il cotico erboso, le foglie di piante arboree e il materiale pulverulento depositatosi su di esse. Una semplice analisi pedologica infatti non permette di discriminare la natura dei contaminanti in esso ritrovati. I metalli pesanti possono raggiungere il suolo attraverso diverse vie. In primo luogo questi elementi in traccia si trovano naturalmente nei suoi; ma numerose sono le fonti antropiche: attività industriali, traffico veicolare, incenerimento dei rifiuti, impianti di riscaldamento domestico, pratiche agricole, utilizzo di acque con bassi requisiti di qualità, ecc. Questo fa capire come una semplice analisi del contenuto totale o pseudo - totale di metalli pesanti nel suolo non riesca a rispondere alla domanda su quale si la fonte di provenienza di queste sostanze. Il metodo di monitoraggio integrato suolo- pianta è stato applicato a due diversi casi di studio. Il primo denominato “Progetto per il monitoraggio e valutazione delle concentrazioni in metalli pesanti e micro elementi sul sistema suolo - pianta in aree urbane adibite a verde pubblico dell’Emilia – Romagna” ha permesso di valutare l’insorgenza di una diminuzione della qualità dell’ecosistema parco urbano causata dalla ricaduta di metalli pesanti aerotrasportati, in tre differenti realtà urbane dell’Emilia Romagna: le città di Bologna, Ferrara e Cesena. Le città presentano caratteristiche pedologiche, ambientali ed economico-sociali molto diverse tra loro. Questo ha permesso di studiare l’efficienza del metodo su campioni di suolo e di vegetali molto diversi per quanto riguarda le aliquote di metalli pesanti riscontrate. Il secondo caso di studio il “Monitoraggio relativo al contenuto in metalli pesanti e microelementi nel sistema acqua-suolo-pianta delle aree circostanti l’impianto di termovalorizzazione e di incenerimento del Frullo (Granarolo dell’Emilia - BO)” è stato invece incentrato sulla valutazione della qualità ambientale delle aree circostanti l’inceneritore. Qui lo scenario si presentava più omogeneo dal punto di vista pedologico rispetto al caso di studio precedente, ma molto più complesso l’ecosistema di riferimento (urbano, extra-urbano ed agricolo). Seppure il metodo suolo-pianta abbia permesso di valutare gli apporti di metalli pesanti introdotti per via atmosferica, non è stato possibile imputarne l’origine alle sole emissioni prodotte dall’inceneritore.

Valutazione dell'efficacia delle procedure di Pushover convenzionali, modali ed adattive applicate a telai piani in c.a. regolari ed irregolari in elevazione.

The research performed during the PhD and presented in this thesis, allowed to make judgments on pushover analysis method about its application in evaluating the correct structural seismic response. In this sense, the extensive critical review of existing pushover procedures (illustrated in chapter 1) outlined their major issues related to assumptions and to hypothesis made in the application of the method. Therefore, with the purpose of evaluate the effectiveness of pushover procedures, a wide numerical investigation have been performed. In particular the attention has been focused on the structural irregularity on elevation, on the choice of the load vector and on its updating criteria. In the study eight pushover procedures have been considered, of which four are conventional type, one is multi-modal, and three are adaptive. The evaluation of their effectiveness in the identification of the correct dynamic structural response, has been done by performing several dynamic and static non-linear analysis on eight RC frames, characterized by different proprieties in terms of regularity in elevation. The comparisons of static and dynamic results have then permitted to evaluate the examined pushover procedures and to identify the expected margin of error by using each of them. Both on base shear-top displacement curves and on considered storey parameters, the best agreement with the dynamic response has been noticed on Multi-Modal Pushover procedure. Therefore the attention has been focused on Displacement-based Adative Pushover, coming to define for it an improvement strategy, and on modal combination rules, advancing an innovative method based on a quadratic combination of the modal shapes (QMC). This latter has been implemented in a conventional pushover procedure, whose results have been compared with those obtained by other multi-modal procedures. The development of research on pushover analysis is very important because the objective is to come to the definition of a simple, effective and reliable analysis method, indispensable tool in the seismic evaluation of new or existing structures.

Nonlinear / electromagnetic co-simulation and co-design of microwave links in highly polluted and / or strongly inhomogeneous environments

The objective of the Ph.D. thesis is to put the basis of an all-embracing link analysis procedure that may form a general reference scheme for the future state-of-the-art of RF/microwave link design: it is basically meant as a circuit-level simulation of an entire radio link, with – generally multiple – transmitting and receiving antennas examined by EM analysis. In this way the influence of mutual couplings on the frequency-dependent near-field and far-field performance of each element is fully accounted for. The set of transmitters is treated as a unique nonlinear system loaded by the multiport antenna, and is analyzed by nonlinear circuit techniques. In order to establish the connection between transmitters and receivers, the far-fields incident onto the receivers are evaluated by EM analysis and are combined by extending an available Ray Tracing technique to the link study. EM theory is used to describe the receiving array as a linear active multiport network. Link performances in terms of bit error rate (BER) are eventually verified a posteriori by a fast system-level algorithm. In order to validate the proposed approach, four heterogeneous application contexts are provided. A complete MIMO link design in a realistic propagation scenario is meant to constitute the reference case study. The second one regards the design, optimization and testing of various typologies of rectennas for power generation by common RF sources. Finally, the project and implementation of two typologies of radio identification tags, at X-band and V-band respectively. In all the cases the importance of an exhaustive nonlinear/electromagnetic co-simulation and co-design is demonstrated to be essential for any accurate system performance prediction.

The potential of the 3-UPU translational parallel manipulator and a procedure to select the best architecture

The 3-UPU three degrees of freedom fully parallel manipulator, where U and P are for universal and prismatic pair respectively, is a very well known manipulator that can provide the platform with three degrees of freedom of pure translation, pure rotation or mixed translation and rotation with respect to the base, according to the relative directions of the revolute pair axes (each universal pair comprises two revolute pairs with intersecting and perpendicular axes). In particular, pure translational parallel 3-UPU manipulators (3-UPU TPMs) received great attention. Many studies have been reported in the literature on singularities, workspace, and joint clearance influence on the platform accuracy of this manipulator. However, much work has still to be done to reveal all the features this topology can offer to the designer when different architecture, i.e. different geometry are considered. Therefore, this dissertation will focus on this type of the 3-UPU manipulators. The first part of the dissertation presents six new architectures of the 3-UPU TPMs which offer interesting features to the designer. In the second part, a procedure is presented which is based on some indexes, in order to allows the designer to select the best architecture of the 3-UPU TPMs for a given task. Four indexes are proposed as stiffness, clearance, singularity and size of the manipulator in order to apply the procedure.

International cooperation in endourology: percutaneous and flexible ureteroscopic treatment of lower pole kidney stones

Introduction Lower pole kidney stones represent at time a challenge for the urologist. The gold standard treatment for intrarenal stones <2 cm is Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy (ESWL) while for those >2 cm is Percutaneous Nephrolithotomy (PCNL). The success rate of ESWL, however, decreases when it is employed for lower pole stones, and this is particularly true in the presence of narrow calices or acute infundibular angles. Studies have proved that ureteroscopy (URS) is an efficacious alternative to ESWL for lower pole stones <2 cm, but this is not reflected by either the European or the American guidelines. The aim of this study is to present the results of a large series of flexible ureteroscopies and PCNLs for lower pole kidney stones from high-volume centers, in order to provide more evidences on the potential indications of the flexible ureteroscopy for the treatment of kidney stones. Materials and Methods A database was created and the participating centres retrospectively entered their data relating to the percutaneous and flexible ureteroscopic management of lower pole kidney stones. Patients included were treated between January 2005 and January 2010. Variables analyzed included case load number, preoperative and postoperative imaging, stone burden, anaesthesia (general vs. spinal), type of lithotripter, access location and size, access dilation type, ureteral access sheath use, visual clarity, operative time, stone-free rate, complication rate, hospital stay, analgesic requirement and follow-up time. Stone-free rate was defined as absence of residual fragments or presence of a single fragment <2 mm in size at follow-up imaging. Primary end-point was to test the efficacy and safety of flexible URS for the treatment of lower pole stones; the same descriptive analysis was conducted for the PCNL approach, as considered the gold standard for the treatment of lower pole kidney stones. In this setting, no statistical analysis was conducted owing to the different selection criteria of the patients. Secondary end-point consisted in matching the results of stone-free rates, operative time and complications rate of flexible URS and PCNL in the subgroup of patients harbouring lower pole kidney stones between 1 and 2 cm in the higher diameter. Results A total 246 patients met the criteria for inclusion. There were 117 PCNLs (group 1) and 129 flexible URS (group 2). Ninety-six percent of cases were diagnosed by CT KUB scan. Mean stone burden was 175±160 and 50±62 mm2 for groups 1 and 2, respectively. General anaesthesia was induced in 100 % and 80% of groups 1 and 2, respectively. Pneumo-ultrasonic energy was used in 84% of cases in the PCNL group, and holmium laser in 95% of the cases in the flexible URS group. The mean operative time was 76.9±44 and 63±37 minutes for groups 1 and 2 respectively. There were 12 major complications (11%) in group 1 (mainly Grade II complications according to Clavidien classification) and no major complications in group 2. Mean hospital stay was 5.7 and 2.6 days for groups 1 and 2, respectively. Ninety-five percent of group 1 and 52% of group 2 required analgesia for a period longer than 24 hours. Intraoperative stone-free rate after a single treatment was 88.9% for group 1 and 79.1% for group 2. Overall, 6% of group 1 and 14.7% of group 2 required a second look procedure. At 3 months, stone-free rates were 90.6% and 92.2% for groups 1 and 2, respectively, as documented by follow-up CT KUB (22%) or combination of intra-venous pyelogram, regular KUB and/or kidney ultrasound (78%). In the subanalysis conducted comparing 82 vs 65 patients who underwent PCNL and flexible URS for lower pole stones between 1 and 2 cm, intreoperative stone-free rates were 88% vs 68% (p= 0.03), respectively; anyway, after an auxiliary procedure which was necessary in 6% of the cases in group 1 and 23% in group 2 (p=0.03), stone-free rates at 3 months were not statistically significant (91.5% vs 89.2%; p=0.6). Conversely, the patients undergoing PCNL maintained a higher risk of complications during the procedure, with 9 cases observed in this group versus 0 in the group of patients treated with URS (p=0.01) Conclusions These data highlight the value of flexible URS as a very effective and safe option for the treatment of kidney stones; thanks to the latest generation of flexible devices, this new technical approach seems to be a valid alternative in particular for the treatment of lower pole kidney stones less than 2 cm. In high-volume centres and in the hands of skilled surgeons, this technique can approach the stone-free rates achievable through PCNL in lower pole stones between 1 and 2 cm, with a very low risk of complications. Furthermore, the results confirm the high success rate and relatively low morbidity of modern PCNL for lower pole stones, with no difference detectable between the prone and supine position.

A novel map-matching procedure for low-sampling GPS data with applications to traffic flow analysis

An extensive sample (2%) of private vehicles in Italy are equipped with a GPS device that periodically measures their position and dynamical state for insurance purposes. Having access to this type of data allows to develop theoretical and practical applications of great interest: the real-time reconstruction of traffic state in a certain region, the development of accurate models of vehicle dynamics, the study of the cognitive dynamics of drivers. In order for these applications to be possible, we first need to develop the ability to reconstruct the paths taken by vehicles on the road network from the raw GPS data. In fact, these data are affected by positioning errors and they are often very distanced from each other (~2 Km). For these reasons, the task of path identification is not straightforward. This thesis describes the approach we followed to reliably identify vehicle paths from this kind of low-sampling data. The problem of matching data with roads is solved with a bayesian approach of maximum likelihood. While the identification of the path taken between two consecutive GPS measures is performed with a specifically developed optimal routing algorithm, based on A* algorithm. The procedure was applied on an off-line urban data sample and proved to be robust and accurate. Future developments will extend the procedure to real-time execution and nation-wide coverage.

Oltre il limite invalicabile. Procedure, piani, progetti sostenibili per le aree militari dismissibili di Piacenza

The research project concerns the restoration of military real estate, starting from the procedures in progress in Italy related to dismission, with particular emphasis for Piacenza and the case study of Caserme Bixio and Nicolai (Comparto Nord/San Sisto-Cittadella). The work is aimed at defining the relationship between urban planning and rehabilitation of dismissed military areas, in order to create a synergic effort capable to face the transformation of these sites and their integration into the urban tissue. The results obtained from the various recordings performed in Italy and in USA during the preparation of this thesis may help to find a new possible scenario for the Comparto Nord and its historic buildings.

Reconstructive Microsurgery and Tissue Engineering in Musculo-Skeletal Oncology - Innovative Techniques

Tumors involving bone and soft tissues are extremely challenging situations. With the recent advances of multi-modal treatment, not only the type of surgery has moved from amputation to limb-sparing procedures, but also the survivorship has improved considerably and reconstructive techniques have the goal to allow a considerably higher quality of life. In bone reconstruction, tissue engineering strategies are the main area of research. Re-vascularization and re-vitalisation of a massive allograft would considerably improve the outcome of biological reconstructions. Using a rabbit animal model, in this study we showed that, by implanting a vascular pedicle inside a weight bearing massive cortical allograft, the bone regeneration inside the allograft was higher compared to the non-vascularized implants, given the patency of the vascular pedicle. Improvement in the animal model and the addition of Stem Cells and Growth factors will allow a further improvement in the results. In soft tissue tumors, free and pedicled flaps have been proven to be of great help as reconstruction strategies. In this study we analyzed the functional and overall outcome of 14 patients who received a re-innervated vascularized flap. We have demonstrated that the use of the innovative technique of motor re-innervated muscular flaps is effective when the resection involves important functional compartments of the upper or lower limb, with no increase of post-operative complications. Although there was no direct comparison between this type of reconstruction and the standard non-innervated reconstruction, we underlined the remarkable high overall functional scores and patient satisfaction following this procedure.

Development and performance assessment of a Plasma Focus electron beam generator for Intra-Operative Radiation Therapy

The Plasma Focus is a device designed to generate a plasma sheet between two coaxial electrodes by means of a high voltage difference. The plasma is then driven to collapse into a “pinch”, where thermonuclear conditions prevail. During the “pinch phase” charged particles are emitted, with two main components: an ion beam peaked forward and an electron beam directed backward. The electron beam emitted backward by Plasma Focus devices is being investigated as a radiation source for medical applications, using it to produce x-rays by interaction with appropriate targets (through bremsstrahlung and characteristic emission). A dedicated Plasma Focus device, named PFMA-3 (Plasma Focus for Medical Applications number 3), has been designed, put in operation and tested by the research groups of the Universities of Bologna and Ferrara. The very high dose rate (several gray per discharge, in less than 1 µs) is a peculiarity of this device that has to be investigated, as it might modify the relative biological effectiveness (RBE). Aim of this Ph.D. project was to investigate the main physical properties of the low-energy x-ray beams produced by a Plasma Focus device and their potential medical applications to IORT treatments. It was necessary to develop the optimal geometrical configuration; to evaluate the x-rays produced and their dose deposited; to estimate the energy electron spectrum produced in the “pinch phase”; to study an optimal target for the conversion of the x-rays; to conduct simulations to study the physics involved; and in order to evaluate the radio-biological features of the beam, cell holders had to be developed for both irradiations and cell growth conditions.

Procedure e strumenti innovativi per lo sfruttamento sostenibile delle risorse minerarie

L'approvvigionamento di risorse minerali e la tutela dell'ambiente sono spesso considerate attività contrapposte ed inconciliabili, ma in realtà rappresentano due necessità imprescindibili per le società moderne. Le georisorse, in quanto non rinnovabili, devono essere valorizzate in maniera efficiente, adoperando strumenti che garantiscano la sostenibilità ambientale, sociale ed economica degli interventi estrattivi. La necessità di tutelare il territorio e migliorare la qualità della vita delle comunità locali impone alla Pubblica Amministrazione di implementare misure per la riqualificazione di aree degradate, ma fino ai primi anni '90 la normativa di settore non prevedeva strumenti a tal proposito, e ciò ha portato alla proliferazione di siti estrattivi dismessi e abbandonati senza interventi di recupero ambientale. Il presente lavoro di ricerca fornisce contributi innovativi alla pianificazione e progettazione sostenibile delle attività estrattive, attraverso l'adozione di un approccio multidisciplinare alla trattazione del tema e l'utilizzo esperto dei Sistemi Informativi Geografici, in particolare GRASS GIS. A seguito di una approfondita analisi in merito agli strumenti e le procedure adottate nella pianificazione delle Attività Estrattive in Italia, sono stati sviluppati un metodo di indagine ed un sistema esperto per la previsione ed il controllo delle vibrazioni indotte nel terreno da volate in cava a cielo aperto, che consentono di ottimizzare la progettazione della volata e del sistema di monitoraggio delle vibrazioni grazie a specifici strumenti operativi implementati in GRASS GIS. A supporto di una più efficace programmazione di interventi di riqualificazione territoriale, è stata messa a punto una procedura per la selezione di siti dismessi e di potenziali interventi di riqualificazione, che ottimizza le attività di pianificazione individuando interventi caratterizzati da elevata sostenibilità ambientale, economica e sociale. I risultati ottenuti dimostrano la necessità di un approccio esperto alla pianificazione ed alla progettazione delle attività estrattive, incrementandone la sostenibilità attraverso l'adozione di strumenti operativi più efficienti.

Fenomeni di transizione degli organismi edilizi, criteri operativi di inserimento ambientale e procedure di intervento

La presente tesi indaga le potenzialità, in termini di criteri operativi di inserimento ambientale e procedure di intervento, che possono derivare dall’analisi dei fenomeni insediativi facendo riferimento ai concetti di ‘transizione’ e ‘resilienza’. L’attuale periodo di crisi sembra scaturire dal disequilibrio di due fattori: le esigenze umane e l’ambiente. La contestualizzazione degli interventi, il graduale adattamento alle risorse ambientali locali e la valorizzazione dei processi “dal basso” sembrano consentire di riappropriarsi sia del valore identitario dei luoghi, dando risposta ai problemi di natura sociale evidenziati, sia della eco-compatibilità delle trasformazioni, del corretto utilizzo delle risorse energetiche e della gestione delle dinamiche economiche, in risposta ai problemi ambientali analizzati. Il prefigurare applicazioni pratiche del modello di trasformazione indagato alla scala edilizia, utilizzando tavole parametriche di analisi del costruito, viste d’insieme planivolumetriche ed elaborazioni di dati e immagini, può consentire la gestione di eventuali fasi di programmazione e di pianificazione da parte delle amministrazioni finalizzate a favorire e non ostacolare i presenti e futuri fenomeni di transizione. Particolarmente significativa appare l’analisi delle diverse tendenze di ricerca progettuale in atto, con riferimento a contributi caratterizzati da un’impostazione fenomenologica e tipo-morfologica, che dimostra l’attualità degli argomenti affrontati. La ricerca di Dottorato si conclude con l’applicazione dei criteri operativi di inserimento ambientale e delle procedure di intervento individuati ad uno specifico caso di studio.

Sviluppo di tecniche per la progettazione delle reti di monitoraggio della qualita' dell'aria

L’obiettivo del lavoro consiste nell’implementare una metodologia operativa volta alla progettazione di reti di monitoraggio e di campagne di misura della qualità dell’aria con l’utilizzo del laboratorio mobile, ottimizzando le posizioni dei dispositivi di campionamento rispetto a differenti obiettivi e criteri di scelta. La revisione e l’analisi degli approcci e delle indicazioni fornite dalla normativa di riferimento e dai diversi autori di lavori scientifici ha permesso di proporre un approccio metodologico costituito da due fasi operative principali, che è stato applicato ad un caso studio rappresentato dal territorio della provincia di Ravenna. La metodologia implementata prevede l’integrazione di numerosi strumenti di supporto alla valutazione dello stato di qualità dell’aria e degli effetti che gli inquinanti atmosferici possono generare su specifici recettori sensibili (popolazione residente, vegetazione, beni materiali). In particolare, la metodologia integra approcci di disaggregazione degli inventari delle emissioni attraverso l’utilizzo di variabili proxy, strumenti modellistici per la simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera ed algoritmi di allocazione degli strumenti di monitoraggio attraverso la massimizzazione (o minimizzazione) di specifiche funzioni obiettivo. La procedura di allocazione sviluppata è stata automatizzata attraverso lo sviluppo di un software che, mediante un’interfaccia grafica di interrogazione, consente di identificare delle aree ottimali per realizzare le diverse campagne di monitoraggio

La cooperazione giudiziaria in rete nello spazio di liberta', sicurezza e giustizia

L’oggetto del lavoro si concentra sull’analisi in chiave giuridica del modello di cooperazione in rete tra le autorità nazionali degli Stati membri nel quadro dello Spazio LSG, allo scopo di valutarne il contributo, le prospettive e il potenziale. La trattazione si suddivide in due parti, precedute da una breve premessa teorica incentrata sull’analisi della nozione di rete e la sua valenza giuridica. La prima parte ricostruisce il percorso di maturazione della cooperazione in rete, dando risalto tanto ai fattori di ordine congiunturale quanto ai fattori giuridici e d’ordine strutturale che sono alla base del processo di retificazione dei settori giustizia e sicurezza. In particolare, vengono elaborati taluni rilievi critici, concernenti l’operatività degli strumenti giuridici che attuano il principio di mutuo riconoscimento e di quelli che danno applicazione al principio di disponibilità delle informazioni. Ciò allo scopo di evidenziare gli ostacoli che, di frequente, impediscono il buon esito delle procedure di cooperazione e di comprendere le potenzialità e le criticità derivanti dall’utilizzo della rete rispetto alla concreta applicazione di tali procedure. La seconda parte si focalizza sull’analisi delle principali reti attive in materia di giustizia e sicurezza, con particolare attenzione ai rispettivi meccanismi di funzionamento. La trattazione si suddivide in due distinte sezioni che si concentrano sulle a) reti che operano a supporto dell’applicazione delle procedure di assistenza giudiziaria e degli strumenti di mutuo riconoscimento e sulle b) reti che operano nel settore della cooperazione informativa e agevolano lo scambio di informazioni operative e tecniche nelle azioni di prevenzione e lotta alla criminalità - specialmente nel settore della protezione dell’economia lecita. La trattazione si conclude con la ricostruzione delle caratteristiche di un modello di rete europea e del ruolo che questo esercita rispetto all’esercizio delle competenze dell’Unione Europea in materia di giustizia e sicurezza.

La natura del contratto di societa' mista in relazione alle prestazioni del socio privato

Il lavoro mira a fornire un complessivo inquadramento dell'istituto della società mista, identificato in primo luogo quale strumento di diritto privato a cui partecipano soggetti pubblici e soggetti privati. L'indagine si svolge su differenti piani di valutazione. Si dà ragione delle caratteristiche peculiari di tale contratto associativo e dei limiti che il nostro ordinamento impone allo sviluppo della figura. L'attenzione si sposta poi sulla specifica declinazione che il modello di società mista ha assunto in ambito europeo attraverso l'analisi del partenariato pubblico privato istituzionalizzato. L'istituto è di particolare interesse perchè individua nella società mista un modello organizzativo dai tratti specifici, all'interno del quale il ruolo del socio privato assume connotazioni e forme non comuni a tutti i modelli societari. La ricerca mira a mostrare come tale figura ha trovato riscontro nell'ordinamento interno e quali possibili sviluppi la stessa possa trovare in differenti campi della vita economica. In questi termini, si cerca di valutare quale sia l'incidenza delle procedure competitive nella costituzione e nella vita della società mista ed in che termini lo svolgimento delle attività affidate al socio privato debba essere inquadrato all'interno del rapporto di partenariato. Sul punto è centrale la declinazione fornita all'istituto in relazione ad uno specifico ambito di attività: i servizi pubblici locali di rilevanza economica. In questo contesto, particolarmente rilevante sul piano sistematico è la ricerca di un equilibrio tra il rispetto delle disciplina posta a tutela della concorrenza, ed il perseguimento delle finalità che hanno portato alla scelta di costruire una società mista. La scelta in favore di tale modello organizzativo pare infatti giustificata solo qualora essa apporti un reale vantaggio nella gestione del servizio e la realizzazione di concrete sinergie positive.