Diagnosi non distruttiva di murature di laterizio: applicazioni di tomografia sonica in laboratorio

Il lavoro svolto nella presente tesi di laurea si sviluppa all’interno del progetto di ricerca europeo SmooHs (Smart Monitoring of Historic Structures-Monitoraggio intelligente di edifici e strutture storiche) nell’ambito del 7 Programma Quadro della Commissione Europea. Gli edifici storici sono caratterizzati da elementi architettonici, materiali e soluzioni progettuali uniche e pertanto da valorizzare. Al fine si salvaguardare tali beni storici si richiede una conoscenza approfondita dei processi di deterioramento, legati spesso a fattori ambientali, e una loro rilevazione immediata. Il monitoraggio continuo dei possibili parametri che influenzano i suddetti processi può contribuire significativamente, ma un’applicazione estesa di questa tecnica è finora fallita a causa dei costi elevati di sistemi completi di monitoraggio; per questo sono stati osservati solitamente pochi parametri. L’obiettivo del progetto prevede lo sviluppo di strumenti di monitoraggio e diagnostica competitivi per gli specialisti nel settore che vada al di là del mero accumulo di dati. La normativa, in particolare le Linee Guida per l’applicazione al patrimonio culturale della normativa tecnica di cui all’Ordinanza PCM-3274 del 2005, evidenziano l’importanza di raggiungere un elevato livello di informazione dell’oggetto e del suo comportamento strutturale attraverso un percorso conoscitivo pluriramificato. “Si ha pertanto la necessità di affinare tecniche di analisi ed interpretazione dei manufatti storici mediante fasi conoscitive dal diverso grado di attendibilità, anche in relazione al loro impatto. La conoscenza può infatti essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell’accuratezza delle operazioni di rilievo, delle ricerche storiche e delle indagini sperimentali” (Linee guida per l’applicazione all patrimonio culturale della normativa tecnica di cui all’ordinanza PCM-3274, 2005). Per quanto riguarda la caratterizzazione meccanica dei materiali, la normativa cita “Tecniche diagnostiche non distruttive di tipo indiretto, quali prove soniche ed ultrasoniche, consentono di valutare l’omogeneità dei parametri meccanici nelle diverse parti della costruzione, ma non forniscono stime quantitative attendibili dei loro valori, in quanto essi vengono desunti dalla misura di altre grandezze”. Non viene identificata una procedura univoca di prove non distruttive per ciascuna tipologia edilizia, pertanto ci domandiamo quale sia la procedura più idonea da utilizzare, considerando il tipo di risultato che si vuole ottenere. Si richiedono quindi degli studi di fattibilità di diverse tecniche non distruttive, soprattutto tecniche per immagini che diano un risultato più immediato da comprendere. Per questo scopo è stato impostato un programma di ricerca per valutare l’efficacia di una tecnica non distruttiva, la tomografia sonica, su provini in muratura costruiti nei laboratori del LaRM (Laboratorio di Resistenza dei Materiali del DISTART dell’Università di Bologna), reputando questa la strada da percorrere verso una diagnostica strutturale sempre più dettagliata. I provini in muratura di laterizio PNDE e PNDF, presentano al loro interno dei difetti (in polistirolo espanso) di geometria e posizione nota e diverse tessiture murarie (muratura di laterizio tradizionale e muratura a sacco). Nel capitolo 2 vengono descritte le caratteristiche e le basi teoriche delle prove soniche e di altre tecniche non distruttive, al fine di poterne fare un confronto. La tomografia sonica è definita e sono illustrate le sue peculiarità; vengono inoltre riportati alcuni esempi di applicazioni della stessa su strutture storiche lignee e murarie. Nel capitolo 3 sono presentati i provini oggetto di studio ed introdotto qualche accenno sulla natura delle murature di laterizio. Sono specificati i corsi e le sezioni verticali sui quali viene sperimentata la tomografia; essi hanno precise caratteristiche che permettono di eseguire una sperimentazione mirata all’individuazione di anomalie in una sezione e al riconoscimento di diverse tessiture murarie. Nel capitolo 4 è illustrata la procedura di acquisizione dei dati in laboratorio e di rielaborazione degli stessi nella fase di post-processing. Dopo aver scelto, in base alla risoluzione, la distanza che intercorre tra le stazioni di misura, sono stati progettati i vari percorsi uscenti da ogni stazione trasmittente, andando a definire i ray-paths delle sezioni sia orizzontali che verticali. I software per il calcolo dei tempi di volo (in ambiente LabView) e per l’inversione degli stessi (Geotom) sono presentati e vengono definite le istruzioni per l’utilizzo. Il capitolo 5 assieme al capitolo 6, mostra i risultati ottenuti dall’inversione dei tempi di volo. Per i diversi corsi orizzontali e sezioni verticali sono riportate le mappe di velocità ottenute al variare di diversi parametri di settaggio impostati nel software tomografico. Le immagini tomografiche evidenziano le caratteristiche interne delle sezioni studiate, in base alla risoluzione geometrica della tecnica. Nel capitolo 7 e 8 sono mostrati i risultati delle prove soniche dirette applicate sia sui corsi verticali sia sulle sezioni verticali. Le stazioni di misura considerate sono le stesse utilizzate per la tomografia. Il capitolo 9 riporta il confronto tra le mappe di velocità prodotte dalla tomografia sonica e gli istogrammi delle velocità registrate nelle prove soniche dirette. Si evidenziano le differenze nell’individuazione di difetti tra due metodologie differenti. Infine sono riportate le conclusioni sul lavoro svolto. I limiti e i vantaggi della tecnica tomografica vengono desunti dai risultati ottenuti per varie tipologie di sezioni, a confronto anche con risultati di prove soniche dirette. Ciò ci porta a definire la fattibilità di utilizzo della tomografia sonica nella diagnosi delle strutture in muratura.

Le macchine multifase nelle applicazioni Sensorless:indagine teorico-sperimentale di un azionamento basato su DSP per macchine asincrone eptafase

Fino ad un recente passato, le macchine elettriche di tipo trifase costituivano l’unica soluzione in ambito industriale per la realizzazione di azionamenti di grande potenza. Da quando i motori sono gestiti da convertitori elettronici di potenza si è ottenuto un notevole passo in avanti verso l’innovazione tecnologica. Infatti, negli ultimi decenni, le tecnologie sempre più all’avanguardia e l’aumento dell’utilizzo dell’elettronica, sia in campo civile quanto in quello industriale, hanno contribuito a una riduzione dei costi dei relativi componenti; questa situazione ha permesso di utilizzare tecnologie elaborate che in passato avevano costi elevati e quindi risultavano di scarso interesse commerciale. Nel campo delle macchine elettriche tutto questo ha permesso non solo la realizzazione di azionamenti alimentati e controllati tramite inverter, in grado di garantire prestazioni nettamente migliori di quelle ottenute con i precedenti sistemi di controllo, ma anche l’avvento di una nuova tipologia di macchine con un numero di fasi diverso da quello tradizionale trifase, usualmente impiegato nella generazione e distribuzione dell’energia elettrica. Questo fatto ha destato crescente interesse per lo studio di macchine elettriche multifase. Il campo di studio delle macchine multifase è un settore relativamente nuovo ed in grande fermento, ma è già possibile affermare che le suddette macchine sono in grado di fornire prestazioni migliori di quelle trifase. Un motore con un numero di fasi maggiore di tre presenta numerosi vantaggi: 1. la possibilità di poter dividere la potenza su più fasi, riducendo la taglia in corrente degli interruttori statici dell’inverter; 2. la maggiore affidabilità in caso di guasto di una fase; 3. la possibilità di sfruttare le armoniche di campo magnetico al traferro per ottenere migliori prestazioni in termini di coppia elettromagnetica sviluppata (riduzione dell’ampiezza e incremento della frequenza della pulsazione di coppia); 4. l’opportunità di creare azionamenti elettrici multi-motore, collegando più macchine in serie e comandandole con un unico convertitore di potenza; 5. Maggiori e più efficaci possibilità di utilizzo nelle applicazioni Sensorless. Il presente lavoro di tesi, ha come oggetto lo studio e l’implementazione di una innovativa tecnica di controllo di tipo “sensorless”, da applicare in azionamenti ad orientamento di campo per macchine asincrone eptafase. Nel primo capitolo vengono illustrate le caratteristiche e le equazioni rappresentanti il modello della macchina asincrona eptafase. Nel secondo capitolo si mostrano il banco di prova e le caratteristiche dei vari componenti. Nel terzo capitolo sono rappresentate le tecniche di modulazione applicabili per macchine multifase. Nel quarto capitolo vengono illustrati il modello del sistema implementato in ambiente Simulink ed i risultati delle simulazioni eseguite. Nel quinto capitolo viene presentato il Code Composer Studio, il programma necessario al funzionamento del DSP. Nel sesto capitolo, sono presentati e commentati i risultati delle prove sperimentali.

L'Aquila 2010 : Quartiere Santa Maria di Farfa : Residenze e Polo culturale nel "Parco dei sensi"

L’analisi condotta sulle condizioni geo-morfologiche dell’intera regione abruzzese e in particolare della città de L’Aquila ha evidenziato l’importanza del contesto paesaggistico territoriale che non può che essere assunto come riferimento progettuale per rinnovare il rapporto tra uomo e natura, soprattutto in una realtà come quella aquilana dove sono il paesaggio naturale e la struttura morfologica che permangono come fattori costanti nel tempo, nonostante le trasformazioni attuate dalla società o dagli eventi sismici che da sempre caratterizzano la storia della città e che rappresentano quindi due elementi in grado di restituire l’identità stessa della popolazione. Questa caratteristica rappresenta il pretesto per un approfondimento sul paesaggio dal punto di vista percettivo: è infatti l’uomo che nel corso dei secoli modifica fortemente il proprio territorio e la percezione che ha di esso. L’obiettivo di tale studio è quello di riuscire a cogliere, in fase progettuale, l’essenza del luogo, il carattere peculiare delle diverse suggestioni che i cittadini aquilani potranno riaffermare come parte della propria identità. Considerate tali premesse, il progetto propone il disegno di un nuovo parco urbano collocato entro le mura lungo l’intera lunghezza dell’area oggetto di studio; l’obiettivo è quello di collegare i poli verdi preesistenti del Parco del Castello e del Parco del Sole e contemporaneamente di ridefinire il lacerato rapporto tra centro storico e prima periferia eleggendo il verde ad elemento capace di una relazione attiva con il contesto urbano, con la possibilità di contribuire alla coesione sociale, alla sensibilizzazione ai temi ambientali e al miglioramento dell’offerta dei luoghi di ritrovo. Il nuovo parco ospiterà architetture legate alla musica e al teatro, temi da sempre di notevole importanza per la città, come testimoniano le numerose strutture che prima dell’evento tellurico arricchivano il patrimonio culturale della città. Per evitare che funzioni di così notevole importanza per la città corrano il rischio di essere progressivamente relegate verso la periferia ed i centri minori, il progetto propone di integrare all’interno del nuovo parco una serie di attività quali laboratori teatrali e foresterie per attori, centro ricreativo, biblioteca e sala espositiva, conservatorio, attività commerciali e residenze, disposti secondo una successione lineare da nord a sud. Tale intervento sarà integrato dalla realizzazione di un complesso di residenze,costituito da tre corpi lineari disposti secondo il naturale declivio del terreno, lungo l’asse est-ovest, in corrispondenza del prolungamento dei tracciati storici secondari. Si viene a creare, quindi una sorta di struttura a pettine, nella quale le aree verdi adibite ad orti e gli spazi costruiti si compenetrano definendo un vero e proprio filtro tra città storica e quella suburbana. La disposizione dei diversi edifici e la presenza in ognuno di essi di uno spazio pubblico esterno, sono pensati in modo tale da creare una successione di spazi collettivi, suggerita in risposta all’assenza di attrezzature pubbliche all’interno del quartiere preesistente. Il progetto prevede, infatti di dare maggiore spazio alle attività pubbliche, investendo sulla realizzazione di luoghi e di spazi per l’incontro e la collettività, che rappresentano un necessità primaria per ogni città ed in particolare per L’Aquila post sisma. Contestualmente al parco che costituisce una sorta di asse verde sviluppato in direzione nord-sud, il progetto si estende anche in direzione perpendicolare, lungo la direttrice est-ovest, attraverso la riqualificazione dell’asse storico di via San Bernardino, cercando di restituire ad esso ed alla monumentale scalinata omonima la valenza storica progressivamente perduta nel corso degli anni. Pertanto, il progetto prevede la ridefinizione di entrambi i lati della scalinata oggi abbandonati al verde incolto ed in particolare la realizzazione, lungo il lato orientale, di un nuovo polo culturale, costituito da una biblioteca ed una sala espositiva. Il nuovo edificio, assume un ruolo cardine all’interno del progetto, rappresentando uno dei punti di collegamento tra città storica e verde pubblico. Il complesso nasce dall’incontro di cinque elementi lineari disposti in modo tale da assecondare il naturale dislivello del terreno e da consentire la realizzazione di due ampi spazi pubblici: uno verde, pensato come prolungamento del parco, sul quale si affaccia l’ampia sala di lettura della biblioteca ed uno pavimentato, ai piedi della scalinata, delimitato da un portico a doppia altezza. Il nuovo edificio, consente inoltre di creare un belvedere dal parco verso la città storica, evocando una suggestione cara agli abitanti della città.

Il recupero della ex ferrovia Rimini-San Marino : un'occasione per la mobilità lenta nel territorio riminese

Questo lavoro riguarda il recupero di una ferrovia dismessa per la realizzazione di una "greenway", ovvero un percorso per la mobilità lenta. Per mobilità lenta si intende mobilità alternativa al traffico veicolare motorizzato e riguarda il muoversi su un territorio a piedi in bicicletta o con altro mezzo di trasporto senza l’ausilio di un motore. La lentezza è una caratteristica che permette una visione nuova dei paesaggi che si attraversano, siano essi naturali o urbani. In alcuni casi si parla anche di circolazione dolce. Questo tipo di circolazione necessita di infrastrutture con caratteristiche adatte a questa funzione, attrezzate in modo da consentire il più alto grado di fruibilità e comodità d’uso. Esse devono servire a muoversi nel territorio in maniera comoda e sicura. Una ferrovia dismessa si presta ad essere riconvertita in un percorso per la mobilità lenta in quanto presenta caratteristiche compatibili con questo nuovo utilizzo. In primo luogo le caratteristiche geometriche come ad esempio le pendenze ridotte, la larghezza e la regolarità del tracciato e la pubblica proprietà. Una ferrovia dismessa rappresenta una opportunità per l’intero territorio attraversato in quanto può rappresentare un importante elemento di connessione fra le popolazioni e le risorse del territorio. La connessione richiama il concetto di rete che è formata da punti e da linee che li collegano fra di loro. Questo concetto è importante per capire come questo percorso possa interagire con le altre risorse territoriali. Ad esempio in alcuni casi una greenway può costituire un corridoio ecologico ed entrare a far parte di una rete ecologica, diventando così una importante risorsa per la diffusione della biodiversità. Nell’affrontare un argomento complesso come la riconversione di una ferrovia dismessa è stata fondamentale l’esperienza fatta sul campo visitando casi di greenway già realizzate in Italia, dalla quale è stato possibile estrapolare una serie di soluzioni da adottare per analogia al caso in esame. E’ stato importante inoltre tutto il lavoro di conoscenza riguardante la storia della ferrovia e le tecniche realizzative dei fabbricati e manufatti, che ha permesso di studiare soluzioni progettuali adatte ad un nuovo utilizzo compatibile alla funzione originaria degli stessi. Le analisi territoriali hanno permesso poi di ricavare importanti informazioni riguardanti il tipo di utenza potenziale, le risorse del territorio attraversate dal tracciato storico, nonché le previsioni future ricavate dagli strumenti urbanistici vigenti. Tutte queste informazioni sono state sintetizzate in una analisi criticità/potenzialità che ha permesso di individuare le azioni progettuali necessarie. Mentre l’analisi territoriale è svolta a tavolino, la successiva analisi del percorso invece è stata portata a termine con un rilievo diretto sul campo al fine di verificare le informazioni raccolte in precedenza. Dividendo il percorso in tratti omogenei è stato possibile assegnare ad ogni tratto un corrispondente tipo di intervento. La verifica di criticità e potenzialità ha permesso poi di programmare corrispondenti azioni progettuali al fine di risolvere le prime ed assecondare le seconde. Le tipologie di intervento individuate sono tre: gli Interventi sul percorso che riguardano la sistemazione del fondo stradale per renderlo adatto ad un utilizzo ciclopedonale e la sistemazione a verde di alcuni tratti urbani; gli interventi di nuova realizzazione che riguardano la realizzazione di nuove infrastrutture per la risoluzione di criticità oppure la realizzazione di padiglioni per assecondare le potenzialità; ed infine gli interventi sul patrimonio storico che riguardano il riutilizzo degli edifici e manufatti della ex ferrovia. Vi è infine un caso applicativo che riassume tutte queste tipologie di intervento: la ex area ferroviaria di Rimini Marina, che è ritenuta un’area dalle alte potenzialità per la sua propensione a diventare punto di partenza dell’intero sistema lineare, ma anche luogo accentratore di servizi per l’intero quartiere che risulta a carattere prevalentemente turistico-residenziale. In questo modo si ritiene possibile fare rivivere la ex ferrovia facendola diventare cioè un insieme di luoghi connessi a servizio della comunità.

Diagnosi non distruttiva del patrimonio storico-architettonico: applicazioni in laboratorio e in sito presso il Duomo di Modena e la Ghirlandina.

Le prove non distruttive che sono state studiate in questa tesi sono il monitoraggio termografico, le prove soniche, la tecnica tomografica sonica e l’indagine tramite georadar. Ogni capitolo di applicazione in sito o in laboratorio è sempre preceduto da un capitolo nel quale sono spiegati i principi fondamentali della tecnica applicata. I primi cinque capitoli riguardano un problema molto diffuso nelle murature, cioè la risalita capillare di umidità o di soluzione salina all’interno delle stesse. Spiegati i principi alla base della risalita capillare in un mezzo poroso e della tecnica termografica, sono state illustrate le tre prove svolte in laboratorio: una prova di risalita (di umidità e di salamoia) su laterizi, una prova di risalita di salamoia su tripletta muraria monitorata da sensori e una prova di risalita di umidità su muretto fessurato monitorata tramite termografia ad infrarossi. Nei capitoli 6 e 7 sono stati illustrati i principi fondamentali delle prove soniche ed è stata presentata un’analisi approfondita di diverse aree del Duomo di Modena in particolare due pareti esterne, un pilastro di muratura e una colonna di pietra. Nelle stesse posizioni sono state effettuate anche prove tramite georadar (Capitoli 11 e 12) per trovare analogie con le prove soniche o aggiungere informazioni che non erano state colte dalle prove soniche. Nei capitoli 9 e 10 sono stati spiegati i principi della tomografia sonica (tecnica di inversione dei tempi di volo e tecnica di inversione delle ampiezze dei segnali), sono stati illustrati i procedimenti di elaborazione delle mappe di velocità e sono state riportate e commentate le mappe ottenute relativamente ad un pilastro di muratura del Duomo di Modena (sezioni a due quote diverse) e ad un pilastro interno di muratura della torre Ghirlandina di Modena.