Development of in vitro methods to test acetabular prosthetic reconstructions (messa a punto di metodi in vitro per la caratterizzazione biomeccanica di ricostruzioni acetabolari)

The revision hip arthroplasty is a surgical procedure, consisting in the reconstruction of the hip joint through the replacement of the damaged hip prosthesis. Several factors may give raise to the failure of the artificial device: aseptic loosening, infection and dislocation represent the principal causes of failure worldwide. The main effect is the raise of bone defects in the region closest to the prosthesis that weaken the bone structure for the biological fixation of the new artificial hip. For this reason bone reconstruction is necessary before the surgical revision operation. This work is born by the necessity to test the effects of bone reconstruction due to particular bone defects in the acetabulum, after the hip prosthesis revision. In order to perform biomechanical in vitro tests on hip prosthesis implanted in human pelvis or hemipelvis a practical definition of a reference frame for these kind of bone specimens is required. The aim of the current study is to create a repeatable protocol to align hemipelvic samples in the testing machine, that relies on a reference system based on anatomical landmarks on the human pelvis. In chapter 1 a general overview of the human pelvic bone is presented: anatomy, bone structure, loads and the principal devices for hip joint replacement. The purpose of chapters 2 is to identify the most common causes of the revision hip arthroplasty, analysing data from the most reliable orthopaedic registries in the world. Chapter 3 presents an overview of the most used classifications for acetabular bone defects and fractures and the most common techniques for acetabular and bone reconstruction. After a critical review of the scientific literature about reference frames for human pelvis, in chapter 4, the definition of a new reference frame is proposed. Based on this reference frame, the alignment protocol for the human hemipelvis is presented as well as the statistical analysis that confirm the good repeatability of the method.

Sismica e archeologia industriale: il ponte di R. Morandi a Vagli di Sotto

In questa tesi ci siamo concentrati su ponte pedonale di Vagli, celebre opera dell’ing. Riccardo Morandi progettata nel 1953. Tale opera, che appartiene ora all’archeologia industriale, è molto interessante per le soluzioni costruttive adottate al tempo, per la fama del progettista e per il fatto di essere un raro esempio di ponte con fondazioni sommerse entro un invaso artificiale, e per essere stato costruito in una zona in cui la progettazione antisismica moderna prevedrebbe accortezze molto diverse. È stato pertanto deciso di effettuare una caratterizzazione dinamica completa del suolo di fondazione e della struttura stessa, sia dal punto di vista sperimentale in condizioni passive che dal punto di vista teorico-modellistico in condizioni attive (cioè in presenza di terremoto). La caratterizzazione dinamica sperimentale dell’opera è stata effettuata prima ad invaso completamente svuotato e quindi con i pilastri del ponte a contatto con l’aria.La caratterizzazione è stata poi ripetuta in condizioni di invaso riempito, con circa 15 metri di acqua. Questo caso di studio si rivela particolarmente interessante per comprendere come il livello dell’acqua modifichi o meno il comportamento dinamico del ponte, e le implicazioni che questo avrebbe nella progettazione sismica moderna. I risultati ottenuti sono rilevanti perché forniscono una caratterizzazione completa dell’opera (suolo-struttura) allo stato attuale e possono quindi essere usati, attraverso il confronto con dati futuri, per valutare l’invecchiamento della struttura stessa o per effettuare verifiche strutturali post-sisma. A fronte di danni strutturali anche invisibili all’occhio umano, infatti, la risposta dinamica della struttura cambia e conoscere lo stato pre-sisma permette di valutare dove e quanto tale risposta sia eventualmente cambiata. L’analisi qui effettuata permette infine di rendere conto dei parametri con cui quest’opera sarebbe dovuta essere costruita secondo gli standard normativi attuali.

Ricerca e studio degli effetti di un riflettore sismico importante nella laguna veneta

Il caranto è un celebre paleosuolo della laguna di Venezia. Esso si presenta come uno strato argilloso di alcuni metri di spessore, a profondità variabile tra 1 e 25 m, fortemente consolidato, al punto che, secondo la tradizione locale, sarebbe il livello sul quale si impostano i pali di fondazione della città di Venezia. Misure di microtremore sismico ambientale nell’area lagunare acquisite in precedenza hanno mostrato amplificazioni delle onde sismiche per risonanza stratigrafica a frequenze medio-alte (sopra 3 Hz), ricollegabili a riflettori sismici superficiali. Tali amplificazioni riguardano frequenze di interesse ingegneristico per le strutture della città lagunare e delle altre isole, in quanto a frequenze superiori a 3 Hz risuona la maggior parte degli edifici in muratura più bassi di 5 piani, come quelli della città. Questo li renderebbe particolarmente vulnerabili per fenomeni di doppia-risonanza in caso di terremoto. Attraverso misure di risonanza del sottosuolo eseguite ad hoc e reperite in letteratura, abbiamo cercato se esista una correlazione tra le frequenze misurate e le profondità stimate del caranto da dati di sondaggio. Abbiamo trovato che tale correlazione esiste ed è netta a patto di assumere che la velocità di propagazione delle onde di taglio nel sottosuolo sia diversa tra centro storico e zona dei litorali della laguna. Tale differenza di valori, oltre ad essere perfettamente in linea con la geologia locale, che prevede argille nella zona insulare e sabbie nelle zone litoranee, è confermata dalle risultanze di prove sismiche multicanale a onde di superficie effettuate in anni passati per la microzonazione sismica della provincia. Si propone infine una relazione tra unità geologiche e valori di velocità delle onde di taglio nelle stesse, che permette di stimare la profondità del caranto a partire da misure di risonanza, del tutto non invasive. I risultati ottenuti sono utili sia in senso geologico che in senso ingegneristico sismico, poiché identificano le frequenze di massima amplificazione sismica del terreno

Analisi ed ottimizzazione di sistemi multistadio di trattamento fumi: applicazione ad un termovalorizzatore di rifiuti urbani e speciali

Questo studio è mirato ad analizzare ed ottimizzare il consumo dei reagenti solidi impiegati da uno stabilimento di termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani e speciali (Silea S.p.A, presso Valmadrera (LC)), per abbattere le correnti acide trattate nelle due linee fumi multistadio. Dopo aver scelto quale delle due linee prendere come riferimento, per poi riportare i risultati ottenuti anche sull’altra con opportune correzioni, il lavoro è stato condotto in diverse fasi, e affiancato da un costante confronto diretto con gli ingegneri e i tecnici dello stabilimento. Una volta preso atto delle normali condizioni di funzionamento dell’impianto, si è proceduto all’esecuzione di test, mirati a quantificare l’efficienza di rimozione dell’acido cloridrico, da parte del bicarbonato di sodio e dell’innovativo sorbente dolomitico, brevettato sotto il nome: Depurcal® MG. I test sono stati suddivisi in giornate differenti in base al tipo di reattivo da analizzare (e quindi lo stadio) e programmati in modo che permettessero di correlare la conversione dell’HCl alla portata di reagente solido introdotto. Una volta raccolti i dati, essi sono stati elaborati e filtrati in base a criteri oggettivi, per poi essere analizzati con senso critico, fornendo un quadro completo sulla reale potenzialità dell’impianto. Attraverso l’utilizzo di un opportuno modello è stato possibile caratterizzarlo e individuare la migliore condizione economico-operativa per ognuno dei possibili scenari individuati.

Riparazione del trave di coda di un Cessna Super Skymaster 337A danneggiato

Il presente elaborato ha lo scopo di descrivere le fasi di riparazione del trave di coda di un Cessna Super Skymaster 337A danneggiatosi durante le fasi di rimessaggio in hangar. Per prima cosa andremo ad analizzare le normative in materia di manutenzione degli aeromobili, in particolare la circolare 13 del RAI (Metodi accettabili per la manutenzione degli aeromobili) e la circolare 43.13-1A delle FAA (Acceptable methods, techniques, and practices-Aircraft ispection and repair). Verificheremo poi la tipologia del danno subito dal velivolo e, rifacendoci anche al Service Manual del costruttore, andremo a progettare la riparazione. Riparazioni estese a rivestimenti resistenti su strutture a guscio, infatti, devono preferibilmente essere fatte seguendo le specifiche raccomandazioni del costruttore dell’aeromobile. In molti casi, soprattutto se il danno non è esteso, le parti della riparazione possono essere progettate, e ne può essere dimostrata l’adeguata resistenza, senza calcolare i carichi e le sollecitazioni di progetto, considerando nel modo dovuto il materiale e le dimensioni delle parti originali e dei giunti chiodati. La cosa importante è che la parte riparata dovrà risultare pari all’originale per quanto riguarda la robustezza in relazione a tutti i tipi di carichi e alla rigidezza generale. Nel nostro caso andremo comunque a effettuare un’analisi strutturale per verificare l’effettiva correttezza dei principi contenuti nel manuale di manutenzione. Una volta verificato questo, procederemo con la realizzazione della riparazione soffermandoci sulle caratteristiche dei materiali utilizzati e sulle metodologie utilizzate durante la lavorazione. A lavoro ultimato trarremo poi le dovute conclusioni.

Analisi della vulnerabilità sismica di serbatoi atmosferici in acciaio

Il presente lavoro di tesi riguarda l’analisi della vulnerabilità sismica di serbatoi atmosferici in acciaio. I serbatoi sono strutture di varie forme e dimensioni, utilizzate per lo stoccaggio di liquidi come l’acqua, il petrolio e il gas naturale. La loro importanza non deriva solamente dal loro valore economico e da quello della sostanza contenuta, ma anche dalle conseguenze disastrose causate da un loro collasso strutturale. Risulta quindi fondamentale progettare sistemi che siano efficienti ed affidabili, soprattutto nei confronti di azioni sismiche. In questo campo, in particolare negli ultimi decenni, sono state condotte numerose campagne sperimentali, grazie alle quali si è compreso meglio il comportamento dei serbatoi. Le normative, inoltre, hanno introdotto al loro interno indicazioni riguardo all’analisi dinamica, fornendo un valido strumento per i progettisti. In questo lavoro di tesi si è analizzata la vulnerabilità sismica di varie tipologie di serbatoi e si sono confrontati i risultati ottenuti. Sono stati studiati in particolare due modelli: il primo considera il serbatoio come rigido, il secondo, invece, come deformabile. L’analisi è stata automatizzata creando degli script che permettono, variando solamente alcuni parametri (caratteristiche del serbatoio, del liquido contenuto e del terreno presente), di giungere in tempi rapidi ad una soluzione accettabile per verificare le possibili rotture. Per modellare il problema si è scelto di seguire l’approccio fornito dalle raccomandazioni neozelandesi NZSEE, mentre per le verifiche di instabilità sono state prese in considerazione anche le normative europee. L’obiettivo è dunque quello di analizzare, attraverso un modello semplificato ed automatizzato, la vulnerabilità di serbatoi cilindrici in acciaio contenenti liquido sottoposti ad un’azione sismica.

Comportamento fuori piano di pareti in muratura rinforzate con FRCM

Nella presente Tesi è affrontata l’analisi sperimentale e teorica del comportamento di pareti in muratura rinforzate con FRCM e sollecitate da azioni di taglio fuori piano. Lo schema statico adottato per i campioni sperimentati consiste in uno schema appoggio-appoggio, mentre le forze esterne di taglio sono state applicate secondo uno schema di carico a quattro punti. Durante il corso della prova, i pannelli murari sono inoltre stati soggetti ad un carico di precompressione verticale costante, che simula l’effetto della presenza del solaio in un edificio in muratura. Dopo una descrizione teorica delle principali caratteristiche dei materiali compositi e dei loro costituenti, all’interno della Tesi sono richiamati alcuni studi scientifici relativi al comportamento fuori piano di elementi strutturali rinforzati con FRCM. In seguito vengono presentati i materiali impiegati per la campagna sperimentale e le prove di caratterizzazione meccanica eseguite. Vengono poi riportati i risultati sperimentali delle prove a taglio fuori piano in termini di spostamenti, di deformazioni e di scorrimenti, affrontando infine un confronto tra i risultati ottenuti per i campioni esaminati e riportando alcune considerazioni circa la strumentazione impiegata. L’ultima parte della Tesi è dedicata all’analisi teorica delle pareti. Viene proposto un modello teorico per stimare la resistenza fornita dai muri rinforzati, ipotizzando tre possibili modalità di rottura: rottura a trazione della fibra, rottura per distacco tra FRCM e supporto in muratura e rottura per delaminazione interna. Infine, viene riportata la modellazione agli elementi finiti svolta mediante il codice di calcolo MidasFea, che consente di attribuire ai materiali legami costitutivi adeguati per la modellazione di strutture in muratura, cogliendone il comportamento non lineare e il progressivo danneggiamento.

Strength development of single beech wood veneers considering different climate conditions

La tesi di laurea è stata svolta presso l’Università di Scienze Applicate di Rosenheim, in Germania; il progetto di ricerca si basa sulla tecnica di rinforzo conosciuta come “Soil Nailing”, che consiste nella costruzione di un’opera di sostegno nella realizzazione di pareti di scavo o nel consolidamento di versanti instabili. L’obiettivo principale dell’elaborato sarà quello di valutare la fattibilità dell’impiego di tubi fabbricati con legno di faggio, in sostituzione dei chiodi d’acciaio comunemente utilizzati; la scelta di questo tipo di legno è dettata dalla larga disponibilità presente in Germania. La sollecitazione principale su tali tubi sarà di trazione parallela alla fibratura, tramite test sperimentali è stato possibile valutare tale resistenza nelle diverse condizioni in cui si verrà a trovare il tubo dopo l’installazione nel terreno. A tal proposito è necessario specificare che, l’indagine per risalire all’influenza che le condizioni ambientali esercitano sull’elemento, verrà condotta su provini costituiti da un singolo strato di legno; in tal modo si può apprezzare l’influenza direttamente sull’elemento base e poi risalire al comportamento globale. I dati ottenuti dall’indagine sperimentale sono stati elaborati tramite la teoria di Weibull, largamente utilizzata in tecnologia dei materiali per quanto riguarda materiali fragili come il legno; tali distribuzioni hanno permesso la determinazione della resistenza caratteristica dei provini per ogni condizione ambientale d’interesse. Per quanto riguarda la valutazione della fattibilità dell’uso di tubi in legno in questa tecnica di consolidamento, è stato eseguito il dimensionamento del tubo, utilizzando i dati a disposizione ottenuti dall’indagine sperimentale eseguita; ed infine sono state eseguite le verifiche di stabilità dell’intervento.

Valutazione del rischio sismico e idrogeologico nelle reti di distribuzione acqua e attuazione dei possibili interventi

L’obbiettivo ultimo di questo elaborato è quello di valutare il rischio per un evento sismico e un evento idrogeologico di tre reti di condotte per la distribuzione dell’acqua, per poter assegnare ai vari gradi di rischio un opportuno intervento. Le condotte delle reti sono identificate con: ID, materiale, pressione nominale, diametro nominale, portata, spessore, tipologia di giunti, rivestimento, protezione catodica, anno di posa, collocazione. Noti i dati, si possono calcolare le classi dei fattori vulnerabilità, esposizione e pericolosità, relativa ad ogni singola condotta e all’intera rete. La vulnerabilità valuta i fattori di suscettibilità e resilienza di una condotta, l’esposizione valuta i costi ad essa associati e la pericolosità valuta la possibilità degli eventi scelti in base alla collocazione fisica della condotta. Le classi sono successivamente combinate per conoscere il rischio della condotta rispetto l’intera rete. Valutato il livello di rischio abbinato al livello di vulnerabilità della condotta, si ottiene l’intervento opportuno per la condotta analizzata.

Studio dei criteri di progetto e modellazione numerica di silos in acciaio

La ricerca scientifica oggetto della seguente tesi verte sullo studio di problematiche mosse dalla collaborazione Azienda-Università nell’ambito di sili contenenti materiale granulare, soggetti a sollecitazione sismica. Si è indagato sul comportamento di tali strutture a mezzo di due modelli, uno raffinato e l'altro semplificato, soggetti alle medesime combinazioni. Un aspetto interessante, introdotto nella modellazione, è stato quello di considerare la lamiera corrugata come una piastra ortotropa. Si sono riportate le linee guida per la progettazione e la verifica dei profili in parete sottile. Discussione e validazione dei risultati numerici.

Scavi profondi in ambiente urbano: il caso della stazione Dateo di Milano

Il crescente bisogno di infrastrutture di trasporto va inevitabilmente a collidere con la penuria di spazi che caratterizzano le città metropolitane. Per questo motivo ci si orienta sempre più spesso verso soluzioni che riescono a minimizzare lo spazio urbano utilizzato per sopperire ai bisogni legati alla mobilità. Il presente lavoro di tesi è incentrato sul tema del comportamento di scavi a cielo aperto in ambiente urbano, con particolare riferimento agli spostamenti delle strutture perimetrali di sostegno e del terreno a monte, nonché alla caratterizzazione geotecnica dei terreni interessati. In contesti edificati infatti, il controllo degli spostamenti è di fondamentale importanza per ridurre il più possibile il rischio di effetti indesiderati sulle strutture preesistenti. Il lavoro è stato strutturato come segue: Il capitolo 2 è dedicato ai risultati di evidenze sperimentali raccolte da diversi ricercatori con riferimento a un gran numero di casi di studio, che hanno portato alla definizione di correlazioni empiriche tra gli spostamenti, le caratteristiche del terreno e dell'opera di sostegno. Queste costituiscono un primo riferimento per una previsione qualitativa degli spostamenti indotti dagli scavi. Nel capitolo 3 si affronta il caso studio della stazione Dateo della metropolitana M4 di Milano, particolare attenzione viene rivolta alla caratterizzazione tecnologica degli elementi fondamentali, strutturali e geotecnici, che qualificano questo tipo di opere. Nel capitolo 4 vengono sintetizzati i risultati delle campagne geognostiche, ed esposta la caratterizzazione geotecnica dei terreni dell'area in esame. Il capitolo 5 è dedicato alla descrizione di semplici metodi empirici per la stima dei massimi spostamenti indotti dalla realizzazione di scavi profondi. Nel capitolo 6 si presentano le conclusioni del lavoro svolto.

Analisi time history per la valutazione degli scorrimenti in strutture prefabbricate con collegamenti attritivi non progettati con criteri antisismici

In questo lavoro si è tentato di fornire un metodo per la calibrazione di modelli numerici in analisi dinamiche spettrali. Attraverso una serie di analisi time history non lineari sono stati ottenuti gli spostamenti relativi orizzontali che nascono, in corrispondenza della connessione trave-pilastro di tipo attritivo, quando una struttura prefabbricata monopiano viene investita dalla componente orizzontale e verticale del sisma. Con un procedimento iterativo su varie analisi spettrali sono state calibrate delle rigidezze equivalenti che hanno permesso di ottenere, con buona approssimazione, gli stessi risultati delle analisi time history. Tali rigidezze sono state poi restituite in forma grafica. Per riprodurre gli spostamenti relativi orizzontali con un’analisi dinamica spettrale è quindi possibile collegare le travi ai pilastri con degli elementi elastici aventi rigidezza Kcoll. I valori di rigidezza restituiti da questo studio valgono per un’ampia gamma di prefabbricati monopiano (periodo proprio 0.20s < T < 2.00s) e tre differenti livelli di intensità sismica; inoltre è stata data la possibilità di considerare la plasticizzazione alla base dei pilastri e di scegliere fra due diverse posizioni nei confronti della rottura di faglia (Near Fault System o Far Fault System). La diminuzione di forza d’attrito risultante (a seguito della variazione dell’accelerazione verticale indotta dal sisma) è stata presa in considerazione utilizzando un modello in cui fra trave e pilastro è posto un isolatore a pendolo inverso (opportunamente calibrato per funzionare come semplice appoggio ad attrito). Con i modelli lineari equivalenti si riescono ad ottenere buoni risultati in tempi relativamente ridotti: è possibile così compiere delle valutazioni approssimate sulla perdita di appoggio e sulle priorità d’intervento in una determinata zona sismica.

Studio sperimentale sulla rottura a fatica in regime fessurato di calcestruzzi rinforzati con fibre macro-sintetiche

Nello studio sperimentale oggetto della tesi è stato indagato il comportamento a fatica policiclica, in regime fessurato, di calcestruzzi rinforzati con fibre macro-sintetiche. Per tale tipologia di prova non esiste una procedura standardizzata; occorre anche osservare come in letteratura le testimonianze di prove policicliche su FRC siano piuttosto limitate soprattutto in riferimento a calcestruzzi rinforzati con fibre macro-sintetiche in regime fessurato. A tale scopo è stata messa a punto una procedura di prova a flessione su tre punti finalizzata a valutare il comportamento a fatica del materiale. Sono stati testati calcestruzzi con lo stesso dosaggio e con la stessa tipologia di fibre sottoposti a carichi ciclici con diversi ampiezza e stress level. La sperimentazione ha riguardato anche prove di flessione su tre punti di tipo monotono condotte sul medesimo materiale e su calcestruzzi non fibrorinforzati. I dati sperimentali ottenuti dalle prove monotone sono stati impiegati come input per una procedura di analisi inversa finalizzata alla definizione della relazione tensione-apertura di fessura per i materiali testati.

Studio sperimentale del comportamento a fatica di calcestruzzi rinforzati con fibre sintetiche

La presente tesi di Laurea Magistrale ha lo scopo di studiare sperimentalmente il comportamento a fatica dei calcestruzzi rinforzati con fibre macro-sintetiche (Macro Synthetic Fiber Reinforced Concrete, MSFRC). Sono condotte prove cicliche di flessione su tre punti al fine di caratterizzare il comportamento dei calcestruzzi fibrorinforzati in regime fessurato nel caso di fatica ad alto numero di cicli (High Cycle Fatigue, HCF). Oltre a prove di fatica sono condotte anche prove monotone a flessione al fine di ottenere la caratterizzazione meccanica del materiale determinandone i principali parametri di frattura; i risultati di tali prove sono utili anche a definire la procedura di prova definitiva da adottare durante i test di fatica. Le testimonianze presenti in letteratura sul comportamento a fatica degli FRC rinforzati con fibre sintetiche sono molto limitate, specialmente nel caso di fatica ad alto numero di cicli; inoltre le prove cicliche, a differenza delle prove monotone, non sono prove standardizzate e quindi definite dalla normativa. Nel corso della presente campagna sperimentale si cercherà quindi di definire una procedura per poter eseguire in maniera stabile le prove di flessione, monotone e di fatica, su campioni prismatici di calcestruzzo fibrorinforzato. L’idea alla base della campagna sperimentale oggetto di questa tesi è quella di riprodurre, mediante prove di fatica, le usuali condizioni di esercizio a cui sono sottoposte, durante la loro vita utile, strutture come pavimentazioni stradali o industriali; infatti il traffico stradale o il transito di macchinari possono indurre su strutture del genere dei carichi ripetuti nel tempo tali da provocarne il collasso per fatica. La presente tesi è articolata in otto capitoli nei quali verranno evidenziate le principali proprietà, sia meccaniche che fisiche, del materiale composito oggetto dello studio, saranno definite le procedure dei test eseguiti e verranno discussi i risultati derivanti da essi.

Sviluppo di un serious mobile game per bambini in età scolare e pre-scolare

Lo scopo di questa tesi è realizzare un serious game fruibile attraverso dispositivi mobili, con l’obiettivo di veicolare i concetti relativi alla raccolta differenziata ai bambini, in età scolare e pre-scolare. La modalità di gioco implementata prevede una partecipazione in coppia. I due giocatori, posti uno di fronte all'altro, devono guidare a turno MecWillly, un robot umanoide che si muove all'interno di una griglia solo in determinate direzioni, al bidone giusto, a seconda del rifiuto che viene loro mostrato. Un'altra finalità del gioco, quindi, è quella di imparare a collaborare per raggiungere un obiettivo comune, ma anche di capire come cambia la rappresentazione degli oggetti nello spazio, a seconda del punto di vista di un giocatore rispetto all'altro.