L'attività pionieristica della Scuola bolognese nello studio e nell'utilizzo del cemento armato: 1875 - 1924. Tecniche costruttive e tipologie architettoniche

La ricerca mira ad indagare l’origine della Scuola ingegneristica bolognese ed il ruolo che essa ha avuto durante i suoi primi 50 anni di attività nella diffusione del calcestruzzo armato in Italia, ed in particolare nella città di Bologna, sia dal punto di vista teorico che architettonico. Il processo di sviluppo del cemento armato è stato indagato secondo i percorsi tipici della scienza e della tecnica: teoria e pratica appaiono nel periodo di sperimentazione del materiale assai lontane; soltanto grazie alla comprensione delle sue potenzialità costruttive e del modo di sfruttarle al meglio, esse iniziano a convergere. L’interesse specifico per la Scuola bolognese va quindi a collocarsi all’interno di un panorama assai più ampio, con l’obiettivo di comprendere se, e fino a quando, le due discipline proseguono lungo strade parallele o se, al contrario, esse godono di reciproche influenze.

Sistemi strutturali cellulari a pareti portanti in cemento armato gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene

In questa Tesi di Dottorato di Ricerca sono state studiate le caratteristiche strutturali e le relative prestazioni dei sistemi strutturali cellulari a pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene. Tali sistemi strutturali sono caratterizzati da numerose peculiarità; infatti, (i) il comportamento globale delle strutture risulta essere di tipo cellulare, e, le pareti che costituiscono il sistema resistente alle azioni sia orizzontali che verticali risultano essere: (ii) tozze, (iii) di tipo sandwich e caratterizzate da: (iv) basse percentuali di armatura, (v) ridotti tassi di lavoro a sforzo assiale e (vi) stesso quantitativo di armatura orizzontale e verticale. Date le specificità dei sistemi strutturali in esame, si è, in primo luogo, cercato di inquadrare le peculiarità strutturali sopra elencate nell’ambito scientifico. Ciò ha consentito di riscontrare una profonda carenza nella conoscenza relativa al comportamento di tali strutture specialmente nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico. Pertanto i due principali obiettivi di questa Tesi di Dottorato sono stati: (1) la sistematizzazione scientifica e la relativa interpretazione di 10 anni di prove sperimentali condotte sul sistema strutturale in esame; e (2) la progettazione, la realizzazione e l’interpretazione preliminare dei risultati di una prova su tavola vibrante di una struttura a tre piani con pianta rettangolare, realizzata con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene (la prova è stata effettuata nell’ambito del progetto di ricerca Europeo SERIES). Questa ricerca ha dunque consentito di far luce sul comportamento (in particolar modo, nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico) dei sistemi strutturali composti da pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzati con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene.

La costruzione moderna a Bologna 1920 - 1940

Il presente lavoro di ricerca si inserisce all’interno degli ambiti di interesse del settore disciplinare dell’ICAR 10 – Architettura Tecnica, rappresentato dalla Storia della costruzione. In questo quadro, lo studio sulla Costruzione Moderna a Bologna tra il 1920 e il 1940, costituisce un tassello di una ricerca più ampia ed intesa a delineare l’importanza assunta dalla vicenda bolognese nel definire il profilo teorico ed applicativo della tecnica in cemento armato nella genesi del linguaggio architettonico che connota l’esperienza del Modernismo italiano degli anni trenta. La ricaduta più diretta della ricerca è rintracciabile nella creazione di una base informativa ipertestuale strutturata secondo diversi livelli di lettura tra loro correlati: la localizzazione, i progettisti e le imprese costruttrici, l’anno di realizzazione, la tipologia, le tecniche costruttive impiegate, la storia dell’edificio, le trasformazioni, la localizzazione della documentazione e le fonti bibliografiche, con collegamenti ipertestuali che consentono di consultare il materiale documentario. Gli esiti di tale studio hanno una duplice finalità: da un lato tale lavoro restituisce una mappatura analitica del patrimonio edilizio costruito nel ventennio analizzato, consentendo una registrazione sintetica ma puntuale delle fonti archivistiche e dei relativi apparati documentali. Un lavoro di supporto indispensabile per ogni futura ricerca intesa ad indagare le singole vicende che hanno accompagnato lo sviluppo edilizio della città di Bologna. In seconda istanza questo studio consente di porre in luce l’importanza assunta dai magisteri tecnici nel definire le scelte di ordine architettonico, ovvero di evidenziare come la conoscenza della storia materiale degli edifici induca a formulare una valutazione più appropriata e stringente sugli esiti architettonici conseguiti, superando così l’astrattezza di una interpretazione votata ai soli aspetti figurativi.

Dentro la struttura

Lo svolgimento della tesi segue la falsariga del discorso tenuto da Pier Luigi Nervi a Torino nel maggio 1961 al momento dell’inaugurazione del Palazzo del Lavoro. In quell’occasione egli illustra la concezione strutturale del suo edificio, realizzato attraverso l’accostamento di 16 elementi autoportanti e indipendenti (ciascuno costituito da un grande pilastro in cemento armato a sezione variabile - da cruciforme a circolare - e da una piastra metallica di copertura) che gli permettono di coprire uno spazio di 25.000 mq come richiesto dal bando di concorso. Nel descrivere le varie parti dell’edificio e le modalità con cui si sono susseguite le differenti lavorazioni (attraverso fasi di cantiere attentamente pianificate), Nervi omette un particolare interessante. Esaminando i disegni esecutivi dell’opera si rileva che all’interno di ogni pilastro è presente una cavità che permette di percorrerlo dalla base fino alla sommità. Ad una prima osservazione questi ‘cunicoli nascosti’ ricordano quelli ricavati nelle spesse murature delle cattedrali romaniche o gotiche, all’interno delle quali si trovano scale a chiocciola che collegano la cripta alla copertura o alle intercapedini del sottotetto. Come per le cattedrali del passato, anche nel Palazzo del Lavoro la creazione di uno spazio praticabile interno alla struttura risponde a più requisiti: funzionale (la manutenzione dei pluviali e delle coperture), costruttivo (la riduzione del peso proprio della struttura) ed economico (il risparmio del materiale). Nervi considera probabilmente questo dettaglio costruttivo un aspetto tecnico di minore importanza, appartenente cioè ad una dimensione ordinaria del proprio lavoro. Eppure, lo spazio ricavato all’interno del pilastro non coinvolge aspetti esclusivamente tecnici, ma sembra piuttosto nascere da una chiara visione progettuale che insegue un’idea di architettura, di unità, di organicità, di ‘servizio’ e di etica del mestiere. Dall’osservazione dell’edificio e della documentazione di progetto se ne ricava infatti una differente considerazione: lo scavo del pilastro non costituisce un aspetto secondario e, viste le implicazioni di carattere spaziale che introduce, merita di essere compreso e approfondito alla luce dell’intera opera di Nervi.

Problemi di diagnostica e restauro dei materiali decorativi nell'architettura Liberty in Emilia-Romagna

Le pietre artificiali ed i cementi artistici utilizzati durante la stagione Liberty rappresentano tutt’oggi un patrimonio artistico non ancora sufficientemente studiato. In seguito ad una ricerca bibliografica su testi e riviste dei primi anni del Novecento, è stata eseguita una ricognizione del patrimonio architettonico emiliano-romagnolo, al fine di valutarne i materiali e le tipologie di degrado più diffuse. Le città e le zone oggetto di studio sono state: Bologna, Ferrara, Modena e provincia, Reggio Emilia, Parma, Firenze, la Romagna e le Marche settentrionali. Tra gli edifici individuati sono state analizzate le decorazioni e gli intonaci di tre edifici ritenuti particolarmente significativi: il villino Pennazzi (noto anche come Villa Gina) a Borgo Panigale (Bologna), villa Verde a Bologna e l’ex-albergo Dorando Pietri a Carpi. Da tali edifici sono stati selezionati campioni rappresentativi delle diverse tipologie di decorazioni in pietra artificiale e successivamente sono stati caratterizzati in laboratorio tramite diffrattometria a raggi x (XRD), termogravimetria (TGA), microscopio ottico in sezioni lucide, microscopio elettronico a scansione (SEM) e porosimetria ad intrusione di mercurio (MIP). In particolare per Villa Verde sono state formulate e caratterizzate diverse tipologie di malte variando il tipo di legante ed il rapporto acqua/cemento, al fine di garantire la compatibilità fisico-meccanica con il supporto negli interventi di risarcimento delle lacune previsti nel restauro. L’attività sperimentale svolta ha permesso di mettere a punto un vero e proprio protocollo diagnostico per il restauro di questo tipo di decorazioni che potrà essere utilizzato sia nei casi di studio analizzati che per ogni futuro intervento.

Caratterizzazione avanzata in laboratorio di materie prime secondarie rigenerate o stabilizzate con emulsione di bitume e leganti cementizi

Il recupero dei materiali di scarto è un aspetto di grande attualità in campo stradale, così come negli altri ambiti dell’ingegneria civile. L’attenzione della ricerca e degli esperti del settore è rivolta all’affinamento di tecniche di riciclaggio che riducano l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni meccaniche finali. Tali indagini cercano di far corrispondere le necessità di smaltimento dei rifiuti con quelle dell’industria infrastrutturale, legate al reperimento di materiali da costruzione tecnicamente idonei ed economicamente vantaggiosi. Attualmente sono già diversi i tipi di prodotti rigenerati e riutilizzati nella realizzazione delle pavimentazioni stradali e numerosi sono anche quelli di nuova introduzione in fase di sperimentazione. In particolare, accanto ai materiali derivanti dalle operazioni di recupero della rete viaria, è opportuno considerare anche quelli provenienti dall’esercizio delle attività di trasporto, il quale comporta ogni anno il raggiungimento della fine della vita utile per centinaia di migliaia di tonnellate di pneumatici di gomma. L’obiettivo della presente analisi sperimentale è quello di fornire indicazioni e informazioni in merito alla tecnica di riciclaggio a freddo con emulsione bituminosa e cemento, valutando la possibilità di applicazione di tale metodologia in combinazione con il polverino di gomma, ottenuto dal recupero degli pneumatici fuori uso (PFU). La ricerca si distingue per una duplice valenza: la prima è quella di promuovere ulteriormente la tecnica di riciclaggio a freddo, che si sta imponendo per i suoi numerosi vantaggi economici ed ambientali, legati soprattutto alla temperatura d’esercizio; la seconda è quella di sperimentare l’utilizzo del polverino di gomma, nelle due forme di granulazione tradizionale e criogenica, additivato a miscele costituite interamente da materiale proveniente da scarifica di pavimentazioni esistenti e stabilizzate con diverse percentuali di emulsione di bitume e di legante cementizio.

Approccio agli spostamenti per la valutazione della vulnerabilità sismica di telai in conglomerato cementizio armato.

Il presente lavoro ha lo scopo di presentare gli studi e i risultati ottenuti durante l’attività di ricerca svolta sul Displacement-based Assessment (DBA) dei telai in cemento armato. Dopo alcune considerazioni iniziali sul tema della vulnerabilità sismica e sui metodi di analisi e verifica, si procede alla descrizione teorica del metodo. Sono stati analizzati tre casi studio di telai piani, progettati per soli carichi verticali e secondo normative non più in vigore che non prevedevano l’applicazione della gerarchia delle resistenze. I telai considerati, destinati ad abitazione civile, hanno diversa altezza e numero di piani, e diverso numero di campate. Si è proceduto all’applicazione del metodo, alla valutazione della vulnerabilità sismica in base alla domanda in termini di spostamento costituita da uno spettro elastico previsto dall’EC8 e alla validazione dei risultati ottenuti mediante analisi non lineari statiche e dinamiche e mediante l’applicazione dei teoremi dell’Analisi limite dei telai, proposta come procedura alternativa per la determinazione del meccanismo anelastico e della capacità in termini di taglio alla base. In ultimo si è applicata la procedura DBA per la valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico, realizzato tra il 1969 e il 1975 in un sito caratterizzato da una accelerazione di picco orizzontale pari a 0,24g e una probabilità di superamento del 10% in 75 anni.

Studio degli effetti della mordenzatura con acido fluoridrico sul disilicato di litio utilizzato in odontoiatria

Scopo dello studio: valutare i cambiamenti indotti da diversi trattamenti di mordenzatura sulla morfologia superficiale e sulla microstruttura di due vetro-ceramiche a base disilicato di litio (IPS e.max® Press e IPS e.max® CAD) ed esaminarne gli effetti sia sull’adesione con un cemento resinoso che sulla resistenza alla flessione. Materiali e metodi: Settanta dischetti (12 mm di diametro, 2 mm di spessore) di ogni ceramica sono stati preparati e divisi in 5 gruppi: nessun trattamento (G1), HF 5% 20s (G2), HF 5% 60s (G3), HF 9.6% 20s (G4), HF 9.6% 60s (G5). Un campione per ogni gruppo è stato analizzato mediante profilometro ottico e osservato al SEM. Per gli altri campioni è stato determinato lo shear bond strength (SBS) con un cemento resinoso. Dopo l’SBS test, i campioni sono stati caricati fino a frattura utilizzando il piston-on-three-ball test per determinarne la resistenza biassiale alla flessione. Risultati: L’analisi morfologica e microstrutturale dei campioni ha rivelato come diversi trattamenti di mordenzatura producano delle modifiche nella rugosità superficiale che non sono direttamente collegate ad un aumento dei valori di adesione e dei cambiamenti microstrutturali che sono più rilevanti con l’aumento del tempo di mordenzatura e di concentrazione dell’acido. I valori medi di adesione (MPa) per IPS e.max® CAD sono significativamente più alti in G2 e G3 (21,28 +/- 4,9 e 19,55 +/- 5,41 rispettivamente); per IPS e.max® Press, i valori più elevati sono in G3 (16,80 +/- 3,96). La resistenza biassiale alla flessione media (MPa) è più alta in IPS e.max® CAD (695 +/- 161) che in IPS e.max® Press (588 +/- 117), ma non è non influenzata dalla mordenzatura con HF. Conclusioni: il disilicato di litio va mordenzato preferibilmente con HF al 5%. La mordenzatura produce alcuni cambiamenti superficiali e microstrutturali nel materiale, ma tali cambiamenti non ne influenzano la resistenza in flessione.

Neural network modelling of the wave-structure interaction processes

This thesis presents a new Artificial Neural Network (ANN) able to predict at once the main parameters representative of the wave-structure interaction processes, i.e. the wave overtopping discharge, the wave transmission coefficient and the wave reflection coefficient. The new ANN has been specifically developed in order to provide managers and scientists with a tool that can be efficiently used for design purposes. The development of this ANN started with the preparation of a new extended and homogeneous database that collects all the available tests reporting at least one of the three parameters, for a total amount of 16’165 data. The variety of structure types and wave attack conditions in the database includes smooth, rock and armour unit slopes, berm breakwaters, vertical walls, low crested structures, oblique wave attacks. Some of the existing ANNs were compared and improved, leading to the selection of a final ANN, whose architecture was optimized through an in-depth sensitivity analysis to the training parameters of the ANN. Each of the selected 15 input parameters represents a physical aspect of the wave-structure interaction process, describing the wave attack (wave steepness and obliquity, breaking and shoaling factors), the structure geometry (submergence, straight or non-straight slope, with or without berm or toe, presence or not of a crown wall), or the structure type (smooth or covered by an armour layer, with permeable or impermeable core). The advanced ANN here proposed provides accurate predictions for all the three parameters, and demonstrates to overcome the limits imposed by the traditional formulae and approach adopted so far by some of the existing ANNs. The possibility to adopt just one model to obtain a handy and accurate evaluation of the overall performance of a coastal or harbor structure represents the most important and exportable result of the work.