Boundary condition identification of a bridge pier using experimental data and FEM modal updating

Over the past twenty years, new technologies have required an increasing use of mathematical models in order to understand better the structural behavior: finite element method is the one mostly used. However, the reliability of this method applied to different situations has to be tried each time. Since it is not possible to completely model the reality, different hypothesis must be done: these are the main problems of FE modeling. The following work deals with this problem and tries to figure out a way to identify some of the unknown main parameters of a structure. This main research focuses on a particular path of study and development, but the same concepts can be applied to other objects of research. The main purpose of this work is the identification of unknown boundary conditions of a bridge pier using the data acquired experimentally with field tests and a FEM modal updating process. This work doesn’t want to be new, neither innovative. A lot of work has been done during the past years on this main problem and many solutions have been shown and published. This thesis just want to rework some of the main aspects of the structural optimization process, using a real structure as fitting model.

Il progetto Webassembly: un bytecode a supporto del web

A fronte di un notevole incremento di funzionalità e strutture, nell'ambiente Web si sono intrapresi numerosi percorsi volti alla creazione di progetti che vanno a supportare il sovraccarico riversato sul lavoro che i linguaggi e i software sono tenuti a svolgere. Ad oggi il Javascript è uno dei linguaggi maggiormente utilizzati in ambito Web, e si rivela spesso essenziale al corretto sviluppo di applicazioni particolarmente evolute. Questo linguaggio, come è noto, sposta l’elaborazione del codice sul lato client, quindi sarà il Browser a supportare il carico di lavoro. Inoltre, è proprio quest’ultimo ad essere incaricato della gestione delle risorse computazionali locali, necessarie a tutte le operazioni di interpretazione del codice presente nelle pagine Web. Il crescente numero di connessioni da dispositivi mobili e la complessità dei siti Web, aumentano il rischio di avvicinarsi ad un punto critico relativo alla velocità e alle prestazioni dei Browser, in questa direzione sono stati realizzati progetti come asm.js piuttosto che Typescript in grado di velocizzare o incrementare le funzionalità e le prestazioni del linguaggio Javascript. Webassembly vuole integrare i vantaggi proposti da questi linguaggi tramite una meccanica di conversione dei file in formato binario, il quale essendo molto più leggero e veloce, consente una elaborazione molto più performante da parte dei Browser. Questo documento espone una panoramica sulle funzionalità e la progettazione di questo linguaggio, analizzando elementi lessicali e relativi vantaggi rispetto alle tecnologie diffuse fino ad ora. Il quadro generale di questa tesi ci prepara all’apertura di un nuovo scenario molto più ampio e diverso, sostenuto da un approccio al Web strutturalmente innovativo.

Valutazione numerica dei danni prodotti dal sisma su un edificio esistente in muratura

Lo scopo principale di questa tesi è la valutazione del comportamento globale e dei danni subiti da un edificio in muratura esistente utilizzando un recente programma di calcolo sviluppato appositamente per lo studio in campo non lineare delle strutture in muratura, attraverso una modellazione a telaio equivalente con macroelementi; direttamente connesso a quest’aspetto vi è la valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio stesso, mediante i coefficienti o parametri definiti per i diversi stati limite considerati.

Deposizione di grafene su superfici porose 3D col metodo CVD

L’attività di tesi, svolta presso i laboratori dell’Istituto CNR-IMM di Bologna, si è focalizzata sulla crescita tramite Deposizione Chimica da Fase Vapore di schiume di grafene - network tridimensionali costituiti da fogli di grafene interconnessi, in grado di unire le straordinarie proprietà del grafene ad una elevatissima area superficiale - e sulla loro caratterizzazione, con l’obiettivo di sintetizzare strutture 3D di grafene con una porosità controllata e buone caratteristiche strutturali. Nel primo capitolo della tesi vengono illustrate da un punto di vista generale le caratteristiche e proprietà salienti del grafene, sia dal punto di vista strutturale che fisico. il secondo capitolo è dedicato alle tecniche di produzione del materiale, dall’esfoliazione meccaniche, a quella chimica, per arrivare alle tecniche di crescita vere e proprie. Maggiore attenzione viene chiaramente riservata alla Deposizione Chimica da Fase Vapore, utilizzata poi nell’ambito dell’attività sperimentale svolta. Nel terzo capitolo vengono descritti in dettaglio tutti gli apparati sperimentali utilizzati, sia per la sintesi del materiale (il sistema CVD), che per la sua caratterizzazione (microscopia elettronica a scansione, diffrazione a raggi X, spettroscopia fotoelettronica a raggi X e Raman). Il quarto ed il quinto capitolo sono dedicati alla parte sperimentale vera e propria. Nel quarto si descrive e si discute il processo messo a punto per crescere strutture tridimensionali di grafene a partire da schiume metalliche commerciali, mentre nel quinto vengono infine descritti gli approcci originali messi a punto per la sintesi di strutture con porosità controllata. Nelle conclusioni, infine, oltre a tirare le somme di tutto il lavoro svolto, vengono delineate le prospettive applicative dei materiali prodotti e le attività che sono attualmente in corso relative alla loro caratterizzazione e al loro impiego.

Analisi di un Incidente Non Mitigato di Tipo LOCA in un Reattore PWR Mediante il Codice MELCOR 2.1

La presente attività di tesi è stata svolta presso la Divisione di Sicurezza Nucleare dell’ENEA di Bologna ed è stata finalizzata ad analizzare, mediante il codice MELCOR 2.1, le conseguenze di tre incidenti severi non mitigati di tipo LBLOCA in un generico reattore nucleare ad acqua leggera pressurizzata (PWR) da 900 MWe. In particolare sono stati confrontati gli scenari incidentali relativi a tre distinti eventi iniziatori nel circuito di refrigerazione primario: la rottura a ghigliottina della gamba fredda (CL) del loop 1, della gamba calda (HL) del loop 1 e della surge line di connessione con il pressurizzatore. Le analisi MELCOR hanno indagato la progressione incidentale in-vessel, con particolare riferimento alle fenomenologie termoidrauliche e di degradazione del core. MELCOR infatti è un codice integrato che simula le principali fenomenologie riguardanti sequenze incidentali di tipo severo in reattori ad acqua leggera. Durante la prima fase dei tre transitori incidentali risultano predominanti fenomenologie di carattere termoidraulico. In particolare MELCOR predice la rapida depressurizzazione e il conseguente svuotamento del sistema di refrigerazione primario. I tre transitori sono poi caratterizzati dallo scoprimento completo del core a causa dell’indisponibilità del sistema di refrigerazione di emergenza. Il conseguente riscaldamento del core per il calore di decadimento e per ossidazione delle strutture metalliche conduce inevitabilmente alla sua degradazione e quindi al fallimento della lower head del recipiente in pressione del reattore nei tre scenari incidentali in tempi diversi. Durante la prima fase incidentale, di carattere prevalentemente termoidraulico, sono state rilevate le principali differenze fenomenologiche causate dalle differenti posizioni e dimensioni delle rotture. Il transitorio causato dalla rottura della CL si è confermato come il più gravoso, con fallimento anticipato della lower head rispetto agli altri due transitori considerati.

Il "Palatium Novum" in Imola: Valorizzazione, restauro e miglioramento sismico

L’oggetto della tesi è la parte del Palazzo Comunale di Imola detta Palazzo Nuovo. L’intendo è quello di promuovere una serie di interventi volti alla valorizzazione del palazzo, all'adeguamento normativo e al miglioramento sismico della struttura. Nella produzione della tesi si sono quindi succedute varie fasi partendo dalla ricerca storica che ha interessato l’intero Palazzo Comunale. Si è poi proseguito con analisi tematiche mirate a determinare le caratteristiche meccaniche, geometriche e tipologiche della fabbrica. Sono stati valutati gli orizzontamenti, gli allineamenti murari, l’IQM, l’IQCM. Parallelamente è stato individuato il quadro fessurativo delle strutture e il degrado delle superfici. È stato poi elaborato un progetto delle campagna di indagini diagnostiche prima di svolgere l’analisi del comportamento sismico e la valutazione dei cinematismi attivabili. In conclusione è stata elaborata una proposta di progetto che permette l’adeguamento dell’edificio alla normativa vigente e gli interventi per migliorarne il comportamento sismico.

Spettroscopia dielettrica per la caratterizzazione di fluidi isolanti

Sono stati introdotti i principali fluidi isolanti utilizzati in elettrotecnica, differenziandoli per strutture molecolari e proprietà dielettriche e spettroscopiche caratteristiche. Sono stati analizzati i diversi meccanismi di polarizzazione elettrica, polarizzabilità delle molecole e modelli di campo in un dipolo molecolare proposti da alcuni ricercatori ed analizzate le perdite dielettriche che compaiono negli oli isolanti elettrici principali, suddividendole per perdite dipolari, da cui il confronto fra diversi modelli teorici, e perdite dovute alla conduzione ionica di portatori di carica mobili.

Individuazione del danno su ponti in muratura mediante misure dinamiche

La diagnostica strutturale è un campo in continuo sviluppo e attualmente sono numerosi gli studi tendenti alla definizione di tecniche e metodi in grado di fornire parametri che possano identificare, in modo sempre più accurato, lo stato di sicurezza di una struttura. Stato di sicurezza è un termine globale che si riferisce alla capacità portante di una struttura e alla sua resistenza alle sollecitazioni esterne, siano esse statiche o dinamiche. Per tanto, un qualsiasi danneggiamento strutturale potrebbe in varia misura influenzare tale stato. Per quanto riguarda i ponti stradali, negli ultimi anni l’attenzione è stata focalizzata allo studio di metodi di individuazione del danno a partire dai risultati ottenuti dal monitoraggio delle vibrazioni mediante accelerometri. Questo è stato possibile grazie agli avanzamenti raggiunti nell’identificazione modale e nei sensori per il monitoraggio strutturale. Questo lavoro si pone come obiettivo quello di proporre una nuova metodologia di analisi dei dati ottenuti da indagini sperimentali che possono essere svolte in sito. La definizione di tale metodologia è affidata a simulazioni numeriche volte a rappresentare stati di danneggiamento avanzati su elementi strutturali. In una prima fase verranno analizzati elementi semplificati rappresentativi di strutture esistenti, come ad esempio travi da ponte in calcestruzzo armato. In una seconda fase, il metodo verrà testato su modelli più complessi che tengano conto della tridimensionalità del problema, oltre alle variazioni sezionali e di materiali degli elementi che lo compongono.

Derivazione di un meccanismo con amplificazione inerziale per lo smorzamento delle vibrazioni

Questa Tesi si occupa di una derivazione di un meccanismo con amplificazione inerziale per lo smorzamento delle vibrazioni, il quale è stato usato come un meccanismo costituente di un oscillatore semplice, ovvero di un modello matematico fondamentale su cui è basata la dinamica strutturale, aumentandogli notevolmente la sua complessità geometrica. Viene studiata la risposta dinamica ottenuta dall’analisi armonica, in quanto lo stesso è soggetto alla forzante passiva. Lo studio del comportamento dinamico ingloba un percorso, il quale parte dalla descrizione matematica dell’equilibrio dinamico, nonché delle condizioni al contorno, tramite l’uso di analisi matriciale delle strutture e del calcolo complesso, e si conclude, derivando le grandezze cinematiche e dinamiche, necessarie affinché si possa determinare, in un modo chiaro e privo di ambiguità, lo stato del sistema dinamico. Il passo successivo risiede nell’analisi analitica e numerica dei risultati ottenuti e anche della visualizzazione grafica ed interpretazione degli stessi. Affinché i risultati possano essere considerati validi, occorre che gli stessi passino la procedura di validazione tramite l’uso degli esempi numerici. Successivamente, i risultati validati vengono confrontati con la stessa tipologia dei risultati derivati per gli oscillatori classici o gli oscillatori di riferimento, il quale comportamento è già noto nell’ambito della dinamica strutturale. La Tesi procede con l’applicazione pratica degli oscillatori per lo smorzamento delle vibrazioni. In particolare si studia la loro capacità di alterare la risposta dinamica complessiva del sistema di cui fanno parte, rispetto al caso in cui la stessa struttura è priva di essi. In fine la Tesi si conclude, mettendo in evidenza i vantaggi e gli svantaggi dell’oscillatore dotato di un meccanismo con amplificazione inerziale rispetto agli altri oscillatori classici.

Definizione del modello geotecnico e valutazione delle condizioni di stabilità di un tratto di argine del fiume Po, in località Viadana (MN).

Questa tesi si prefigge di analizzare le condizioni di stabilità di un argine inferiore del fiume Po situato presso il comune di Viadana (MN), più volte interessato da eventi franosi che si sono ripetuti con una certa frequenza nel corso degli ultimi anni. L'argomento proposto nella tesi prende spunto dall’esperienza presso il Polo Scientifico e Tecnologico di AIPO a Boretto (RE), nell’ambito del tirocinio formativo, durante il quale ho portato a termine un programma di prove geotecniche su campioni indisturbati prelevati nel sito interessato da fenomeni di instabilità, allo scopo di migliorare le conoscenze sulla risposta meccanica dei terreni arginali e del substrato di fondazione. Utilizzando i risultati delle prove di laboratorio, unitamente alle informazioni provenienti dai sondaggi e dalle prove penetrometriche (CPT/CPTU), è stato possibile innanzitutto identificare le unità stratigrafiche presenti nel sistema arginale e determinarne i parametri meccanici, per poi procedere alla costruzione del modello geotecnico di riferimento per le analisi di stabilità. Pertanto la tesi si pone come obiettivi principali la messa a punto di un modello geotecnico affidabile dell'argine, la verifica della stabilità globale delle scarpate lato fiume e l'individuazione dei fattori scatenanti i fenomeni di scorrimento osservati, nonché la scelta di possibili interventi per la messa in sicurezza delle sponde, valutandone i benefici in termini del fattore di sicurezza ed i relativi costi. L'insieme dei risultati conseguiti in questo studio permette di fornire utili indicazioni a coloro che sono preposti alla manutenzione e messa in sicurezza delle strutture arginali del fiume Po.

Analisi e dimensionamento di un prototipo di macchina automatica aggraffatrice

Questo elaborato si pone l’obiettivo di dimensionare un prototipo di macchina aggraffatrice, utilizzata per creare la giunzione tra il fondo del barattolo, il corpo del barattolo stesso e la testa o cupola. La progettazione, in particolare, ha richiesto anche la verifica dei motori necessari alla movimentazione della macchina, con particolare attenzione alla fase di arresto di emergenza, in cui le inerzie in gioco risultano essere elevate e la durata del transitorio molto breve. Viene descritta la macchina nel dettaglio, focalizzandosi sulle principali caratteristiche che la rendono peculiare, procedendo poi con la costruzione di un modello cinematico complessivo, seguita dall’analisi cinematica del sistema. Si focalizza, in seguito, sul transitorio durante l’arresto di emergenza e, di conseguenza, sulla verifica dei motori, riducendo i modelli di ciascun sottogruppo della macchina all’albero motore. Il transitorio di emergenza viene analizzato anche con un secondo metodo, dove il dimensionamento del motore viene verificato con l’utilizzo di un software appositamente studiato per la scelta di servomotori. Confronto dei risultati ottenuti

I terremoti storici hanno fatto più danni nella parte nord-occidentale di Bologna: ricerca di una spiegazione geofisica per questo fenomeno

Dallo studio della sismicità storica della città di Bologna (Guidoboni e Boschi, 2003) emerge che la maggior parte dei danni causati dai terremoti è concentrata nella parte Nord e Nord-Ovest della città, a nord delle attuali vie S. Donato e S. Isaia. In questo lavoro abbiamo studiato la risposta sismica in diversi siti del centro storico di Bologna, per capirne il comportamento in caso di terremoto e verificare se i risultati fossero compatibili con i dati storici. È stata effettuata una campagna di misure geofisiche: 52 con tecnica passiva a stazione singola HVSR per misurare le frequenze di amplificazione dei sottosuoli (47 all’interno delle mura), 5 in array per misurare l’andamento delle velocità delle onde di taglio nel sottosuolo (tutte all’interno delle mura). 22 delle 47 misure H/V mostrano amplificazione nell’intervallo di frequenze tra 1 e 10 Hz, quello di interesse per le strutture del centro storico. Le cause di queste amplificazioni si ipotizzano essere un livello ghiaioso a circa 10-15 m di profondità (Fiori, 2002) in approfondimento da centro città verso est, e un livello sabbioso a circa 10 m di profondità (Amorosi, 2014). Le misure in array, invece, indicano sostanzialmente che l’estremità orientale della città storica ha rigidezze maggiori a profondità maggiori di 50 m. Il dato derivante dalla sismologia storica, in sintesi, non pare essere completamente supportato da evidenze geologiche o geofisiche: la risposta sismica all’interno delle mura di Bologna varia leggermente da punto a punto, ma senza mostrare trend applicabili ad estese macroaree. Solo l’estremo Nord-Est della città ha un comportamento amplificativo più omogeneo (amplificazione a 1-3 Hz) in linea con la geologia locale, che presenta livelli marcatamente ghiaiosi sotto i 15 m di profondità. La variabilità geologica e di risposta sismica locale è stata verificata essere molto maggiore fuori dalle mura di cinta della città.

Il terremoto del 24 agosto 2014 a Napa (California, USA): rilievo degli effetti di sito

Il lavoro di questa tesi è frutto dell’esperienza maturata in quattro mesi di tirocinio presso l’U.S. Geological Survey di Menlo Park, da ottobre 2015 a gennaio 2016. Durante questo periodo sono state eseguite quattro campagne di raccolta dati sismici e geotecnici presso la città di Napa, ove, il 24 agosto 2014, si è verificato un terremoto di magnitudo momento pari a 6.0. Quest’area è stata interessata in precedenza da terremoti minori, il più significativo dei quali risulta essere il terremoto di Yountville del 2000 di magnitudo momento pari a 5.1. I rilievi macrosismici, effettuati immediatamente dopo il terremoto di Napa del 2014, hanno fornito una classificazione dettagliata delle strutture danneggiate nel distretto colpito. Obiettivo di questa tesi è comprendere se la distribuzione dei danni osservata sia legata anche alle caratteristiche geologiche locali (effetti di sito), oltre che alla vicinanza all’epicentro. A questo scopo sono state acquisite 63 misure sismiche passive a stazione singola e 4 prove di sismica attiva multicanale, la cui inversione congiunta ha permesso di creare mappe dei riflettori sismici principali sotto le zone interessate dal terremoto. Allo stesso tempo tali mappe, interpretate alla luce della cartografia geologica, hanno permesso di costruire sezioni geologiche e di identificare le corrispondenze tra riflettori geologici e riflettori sismici. Si è così potuto osservare che le zone più pesantemente danneggiate dal terremoto sono quelle che ricadono ove si sono misurate amplificazioni per risonanza in medio-alta frequenza (> 3 Hz) mentre scarsi danni si sono registrati nelle aree caratterizzate da roccia affiorante (e curve di amplificazione per risonanza piatte) e danni minori nelle zone contraddistinte solo da bedrock sismico profondo. La distribuzione del danno, evidenziatosi prevalentemente dove le frequenze proprie di vibrazione del suolo sono mediamente sopra 3 Hz, risulta compatibile con gli intervalli di frequenza attesi per le strutture residenziali tipiche di Napa Valley, che sono costituite da 2-3 piani fuori terra, in legno e di altezza non superiore ai 10 metri.

Forecast sull'impatto della crescita esponenziale della tecnologia nel mondo del lavoro e nella società

In questa tesi esaminerò alcuni aspetti fondamentali della tecnologia moderna tra cui alcune leggi chiave che spiegheranno come mai la crescente disoccupazione in Europa, e in occidente in generale, non è causata solamente da crisi finanziarie o politiche, ma dall'intrinseca natura della tecnologia stessa. Ci troveremo nella situazione nella quale una persona non sia in grado di trovare un'occupazione non a causa di demeriti propri, ma poiché il sistema è diventato talmente ottimizzato da tagliare completamente la necessità di alcuni ruoli chiave nel sistema di lavoro. Spiegherò quali sono le strategie da attuare per evitare di trovarsi in questo nuovo sistema di occupazione senza un ruolo al suo interno, quali sono le politiche che un governo debba attuare per garantire i necessari bisogni primari dei propri cittadini, le strutture che ogni azienda deve creare per rimanere all'interno del proprio settore di investimento.

Evaluating the urban heat island for cities of Emilia-Romagna region through numerical simulations

Lo scopo di questo studio è la comprensione della dinamica dello strato limite urbano per città dell’Emilia Romagna tramite simulazioni numeriche. In particolare, l’attenzione è posta sull’ effetto isola di calore, ovvero sulla differenza di temperatura dell’aria in prossimità del suolo fra zone rurali e urbane dovuta all’urbanizzazione. Le simulazioni sono state effettuate con il modello alla mesoscala "Weather Research and Forecasting" (WRF), accoppiato con le parametrizzazioni urbane "Building Effect Parametrization" (BEP) e "Building Energy Model" (BEM), che agiscono a vari livelli verticali urbani. Il periodo di studio riguarda sei giorni caldi e senza copertura nuvolosa durante un periodo di heat wave dell’anno 2015. La copertura urbana è stata definita con il "World Urban Databes and Access Portal Tools" (WUDAPT), un metodo che permette di classificare le aree urbane in dieci "urban climate zones" (UCZ), attraverso l’uso combinato di immagini satellitari e "training areas" manualmente definite con il software Google Earth. Sono state svolte diverse simulazioni a domini innestati, con risoluzione per il dominio più piccolo di 500 m, centrato sulla città di Bologna. Le differenze fra le simulazioni riguardano la presenza o l’assenza delle strutture urbane, il metodo di innesto e tipo di vegetazione rurale. Inoltre, è stato valutato l’effetto dovuto alla presenza di pannelli fotovoltaici sopra i tetti di ogni edificio e le variazioni che i pannelli esercitano sullo strato limite urbano. Per verificare la bontà del modello, i dati provenienti dalle simulazioni sono stati confrontati con misure provenienti da 41 stazioni all’interno dell’area di studio. Le variabili confrontate sono: temperatura, umidità relativa, velocità e direzione del vento. Le simulazioni sono in accordo con i dati osservativi e riescono a riprodurre l’effetto isola di calore: la differenza di temperatura fra città e zone rurali circostanti è nulla durante il giorno; al contrario, durante la notte l’isola di calore è presente, e in media raggiunge il massimo valore di 4°C alle 1:00. La presenza dei pannelli fotovoltaici abbassa la temperatura a 2 metri dell’aria al massimo di 0.8°C durante la notte, e l’altezza dello strato limite urbano dell’ordine 200mrispetto al caso senza pannelli. I risultati mostrano come l’uso di pannelli fotovoltaici all’interno del contesto urbano ha molteplici benefici: infatti, i pannelli fotovoltaici riescono a ridurre la temperatura durante un periodo di heat wave, e allo stesso tempo possono parzialmente sopperire all’alto consumo energetico, con una conseguente riduzione del consumo di combustibili fossili.