Centrifuge Modeling of Sandy Slopes

Slope failure occurs in many areas throughout the world and it becomes an important problem when it interferes with human activity, in which disasters provoke loss of life and property damage. In this research we investigate the slope failure through the centrifuge modeling, where a reduced-scale model, N times smaller than the full-scale (prototype), is used whereas the acceleration is increased by N times (compared with the gravity acceleration) to preserve the stress and the strain behavior. The aims of this research “Centrifuge modeling of sandy slopes” are in extreme synthesis: 1) test the reliability of the centrifuge modeling as a tool to investigate the behavior of a sandy slope failure; 2) understand how the failure mechanism is affected by changing the slope angle and obtain useful information for the design. In order to achieve this scope we arranged the work as follows: Chapter one: centrifuge modeling of slope failure. In this chapter we provide a general view about the context in which we are working on. Basically we explain what is a slope failure, how it happens and which are the tools available to investigate this phenomenon. Afterwards we introduce the technology used to study this topic, that is the geotechnical centrifuge. Chapter two: testing apparatus. In the first section of this chapter we describe all the procedures and facilities used to perform a test in the centrifuge. Then we explain the characteristics of the soil (Nevada sand), like the dry unit weight, water content, relative density, and its strength parameters (c,φ), which have been calculated in laboratory through the triaxial test. Chapter three: centrifuge tests. In this part of the document are presented all the results from the tests done in centrifuge. When we talk about results we refer to the acceleration at failure for each model tested and its failure surface. In our case study we tested models with the same soil and geometric characteristics but different angles. The angles tested in this research were: 60°, 75° and 90°. Chapter four: slope stability analysis. We introduce the features and the concept of the software: ReSSA (2.0). This software allows us to calculate the theoretical failure surfaces of the prototypes. Then we show in this section the comparisons between the experimental failure surfaces of the prototype, traced in the laboratory, and the one calculated by the software. Chapter five: conclusion. The conclusion of the research presents the results obtained in relation to the two main aims, mentioned above.

L'Ottica di Euclide e la scienza della visione

La presente tesi concerne il trattato "Ottica" scritto da Euclide nel III secolo a.C. quando, nell'area del bacino del Mediterraneo, si verificò una rivoluzione scientifica che diede origine alla nascita della scienza moderna. Si colloca nel filone delle ricerche volte a ricostruire la verità storica ed il contenuto scientifico del pensiero dello scienziato ed a meglio illustrare i contributi dati, dalla scienza ellenistica, alla conoscenza del fenomeno visivo. Si sono presi in esame dunque il momento storico e la situazione economica, sociale e scientifica verificatasi nel III secolo a.C., in particolare ad Alessandria d'Egitto, dove l'incontro del pensiero greco con le culture preesistenti portò alla nascita del metodo scientifico moderno; si sono considerati il pensiero filosofico del tempo e le teorie scientifiche sviluppatesi, con particolare riguardo alla matematica ed alla scienza medica, fondata dal medico alessandrino Erofilo. Si è poi preso in esame il contenuto del trattato. L' "Ottica" è il primo trattato di ottica geometrica della storia e la prima teoria scientifica che si occupi della visione. È basato sul metodo ipotetico-deduttivo, su conoscenze di oftalmologia e sulla scienza matematica degli Elementi. È un modello geometrico di un processo fisiologico e riconferma la matematica quale strumento principe per la costruzione del sapere scientifico. Crea modelli utili per altre teorie scientifiche (ad es. l'astronomia) e per le arti figurative ed ha applicazioni tecnologiche (ad es. l'astrolabio e la diottra). È il testo di base della moderna ottica geometrica. Non si pone come una verità assoluta ma come un'ipotesi di lavoro. Si sono esaminati il difficile percorso storico e bibliografico dell'opera caratterizzato da incomprensioni e manomissioni nonché la ricerca filologica volta a ricostruire l'integrità del testo. Si ritenne infatti che la sua validità fosse inficiata da alcuni "errori", in realtà dovuti all'incomprensione dei concetti e del metodo euclidei ed alle successive manomissioni. Emerge come la scienza non abbia avuto un progresso costante, continuo, aprioristico e come sia incerta ed instabile la conservazione nel tempo del sapere scientifico. Appare inoltre evidente come la scienza sia un prodotto della cultura umana e pertanto come la conoscenza della storia sia una condizione fondante per il progresso scientifico.

Reazioni tandem organocatalitiche enantioselettive di derivati indolici e nitroetene: un accesso diretto a precursori di alcaloidi dell'Ergot

Il lavoro discusso in questa tesi è lo sviluppo di un metodo sintetico basato sulla catalisi asimmetrica che consente di ottenere precursori di alcuni alcaloidi dell’Ergot in forma enantioarricchita. La reazione sviluppata consiste in un processo domino Friedel-Crafts/nitro-Michael fra indoli sostituiti in posizione 4 con un accettore di Michael e nitroetene. I catalizzatori utilizzati sono in grado di attivare il nitroetene per la Friedel-Crafts mediante legami a idrogeno e di indurre stereoselezione nella successiva ciclizzazione di Michael intramolecolare. Mediante la procedura ottimizzata è possibile ottenere una serie di indoli policiclici, potenziali precursori sintetici di alcaloidi dell’Ergot, con buone rese ed enantioselezioni.

Addizione di Michael organocatalitica asimmetrica di composti 1,3-dicarbonilici ad orto-chinoni metidi: un nuovo e semplice approccio alla preparazione di 4H-cromeni e croman-2-oni otticamente attivi

The work described in this thesis deals with the development of the asymmetric organocatalytic conjugate addition reaction of 1,3-dicarbonyl compounds to ortho-quinone methides. Due to their instability, these synthetically appealing intermediates have not been fully exploited in catalytic asymmetric settings. In this work, the instability of ortho-quinone methides is overcome by their generation in situ under mild basic conditions, starting from the corresponding sulfonyl derivatives. The bifunctional catalysts used are able to activate both substrates for the reaction, by means of a synergic action of the two catalytic sites, inducing at the same time high enantioselection in the addition step. The reaction leads to the generation of a 2-alkylphenolic framework, featuring a chiral centre at the benzylic position. In particular, the employment of acetylacetone and Meldrum acid as nucleophiles has allowed the obtainment of 4H-chromenes and chroman-2-ones in good yields and generally excellent enantioselectivities. These compounds are synthetic precursors of several natural products, some of which showing interesting biological activity, and of some active pharmaceutical ingredients used in commercial drugs.

Beyond simple proton transfer processes: domino reactions between 4-substituted indoles and nitroethene as a new gateway to ergot alkaloids

The multimodal biology activity of ergot alkaloids is known by humankind since middle ages. Synthetically modified ergot alkaloids are used for the treatment of various medical conditions. Despite the great progress in organic syntheses, the total synthesis of ergot alkaloids remains a great challenge due to the complexity of their polycyclic structure with multiple stereogenic centres. This project has developed a new domino reaction between indoles bearing a Michael acceptor at the 4 position and nitroethene, leading to potential ergot alkaloid precursors in highly enantioenriched form. The reaction was optimised and applied to a large variety of substrate with good results. Even if unfortunately all attempts to further modify the obtained polycyclic structure failed, it was found a reaction able to produce the diastereoisomer of the polycyclic product in excellent yields. The compounds synthetized were characterized by NMR and ESIMS analysis confirming the structure and their enantiomeric excess was determined by chiral stationary phase HPLC. The mechanism of the reaction was evaluated by DFT calculations, showing the formation of a key bicoordinated nitronate intermediate, and fully accounting for the results observed with all substrates. The relative and absolute configuration of the adducts were determined by a combination of NMR, ECD and computational methods.

Synthesis, characterization and catalytic performances of ruthenium-based catalysts for the acceptorless dehydrogenative coupling of butanol

A growing interest towards new sources of energy has led in recent years to the development of a new generation of catalysts for alcohol dehydrogenative coupling (ADC). This green, atom-efficient reaction is capable of turning alcohol derivatives into higher value and chemically more attractive ester molecules, and it finds interesting applications in the transformation of the large variety of products deriving from biomass. In the present work, a new series of ruthenium-PNP pincer complexes are investigated for the transformation of 1-butanol, one of the most challenging substrates for this type of reactions, into butyl butyrate, a short-chain symmetrical ester widely used in flavor industries. Since the reaction kinetics depends on hydrogen diffusion, the study aimed at identifying proper reactor type and right catalyst concentration to avoid mass transfer interferences and to get dependable data. A comparison between catalytic activities and productivities has been made to establish the role of the different ligands bonded both to the PNP binder and to the ruthenium metal center, and hence to find the best catalyst for this type of reaction.

Modulazione reversibile dell'attivita catalitica di sistemi tioureidici chirali mediante interazioni con anioni

In questo lavoro di tesi viene proposto un approccio semplice e innovativo allo sviluppo di un sistema catalitico modulabile in maniera reversibile, basato su catalizzatori tioureidici chirali. La modulazione dell’attività catalitica avviene attraverso interazioni tra un determinato anione e i due protoni tioureidici di questi catalizzatori. A seconda del carattere coordinante di un anione, l’interazione che si viene a creare con le tiouree può essere forte, nel caso di anioni coordinanti come gli alogenuri, o debole, nel caso di anioni debolmente coordinanti quali borati. Una forte interazione da parte dell’anione con il catalizzatore si traduce in una inibizione dell’attività catalitica, dal momento che il sito tioureidico non è più disponibile per promuovere eventuali reazioni. Al contrario, un anione debolmente coordinante lascia l’attività catalitica fondamentalmente inalterata, anche in termini di stereoselezione. La reversibilità di questa modulazione è ottenuta sfruttando reazioni di metatesi tra due sali che, risultando nella precipitazione di un sale insolubile, riescono a rimuovere un determinato anione dall’ambiente di reazione per sostituirlo con un altro.

Addizioni organocatalitiche asimmetriche di 1,3-dicarbonili a orto-chinoni metidi. Un nuovo metodo per la sintesi di 3,4-diidrocumarine e 4h-cromeni otticamente attivi

Questa tesi descrive lo sviluppo di una nuova metodologia che prevede l’utilizzo degli orto-chinoni metidi (o-QMs) in reazioni organocatalitiche asimmetriche. A causa della loro elevata instabilità e reattività, gli o-QMs sono stati impiegati in trasformazioni di sintesi asimmetrica solo di recente. Il metodo sviluppato prevede l’utilizzo di catalizzatori bifunzionali in grado di promuovere la generazione in situ degli intermedi reattivi a partire dai rispettivi 2-solfonilalchil fenoli, tramite eliminazione di acido solfinico. L’utilizzo di condizioni blandamente basiche sia per generare gli o-QMs che per l’attivazione dei partner nucleofili, risulta innovativo e permette non solo di ovviare all’intrinseca instabilità di questi intermedi, ma anche di impiegarli efficacemente in reazioni organocatalitiche con una varietà di nucleofili, come, ad esempio, l’acido di Meldrum, il malononitrile e vari composti 1,3 dicarbonilici. Le reazioni catalitiche portano alla formazione di 3,4-diidrocumarine, 4H-cromeni e xantenoni enantioarricchiti. Alcuni di questi composti sono dei precursori sintetici di composti naturali o sintetici biologicamente attivi e per avvalorare questa metodologia sono state proposte le sintesi formali di tre composti di interesse biologico: la (R)-tolterodina (il principio attivo del farmaco antimuscarinico Detrol®), (S)-4-metossidalbergione (allergene della Dalbergia Nigra) and SB-209670 / SB-217242 (due potenti antagonisti dell’endotelina).

Il giornalismo a fumetti in Giordania: proposte di traduzione dei fumetti di Emad Hajjaj, Osama Hajjaj, Omar al Abdallat e Naser Jafari

L’oggetto di questa tesi è la traduzione di una selezione di vignette a tema politico disegnate da quattro fumettisti giordani: Emad Hajjaj, Osama Hajjaj , Omar al Abdallat e Naser Jafari.

Dearomatizzazione organocatalitica regio- ed enantioselettiva di sali di piridinio attivati

In this work, we present the first regio- and enantioselective organocatalytic nucleophilic dearomatization of activated N-alkyl pyridinium salts. In particular, N-benzyl pyridinium bromides bearing electron-withdrawing substituents at the C3 position of the pyridine ring were chosen as substrates. These compounds were easily obtained through an alkylation reaction between benzyl bromides and the corresponding 3-substituted pyridines. Then, a wide range of nucleophiles and organocatalysts was tested, providing the best results when indole, a thiourea derived from quinidine and 1-benzyl-3-nitropyridinum bromide were employed as the nucleophile, the catalyst and the pyridinium salt, respectively. Subsequently, the reaction conditions were optimised evaluating different bases, solvents, N-benzylic protecting groups, molar concentrations and temperatures. With the optimized condition in hand, the scope of the reaction with different substituted indoles was explored, affording the corresponding 1,4-dihydropyridines in good yields, regio- and enantio-selectivities. In addition, several experiments were carried out in order to understand the mechanism of the reaction, showing an unusual pathway involving a covalently bound intermediate formed by addition of the catalyst to the pyridine unit.

Strategie di conservazione per bronzi esposti all'aperto: studio di metodologie di pulitura, patinazione e consolidamento

Con l’aumento dell’acidità e degli inquinanti nelle deposizioni umide, la corrosione atmosferica dei bronzi esposti all’aperto è stata accelerata e la stabilità della patina di prodotti di alterazione, che solitamente protegge parzialmente il substrato metallico, risulta compromessa. La patina costituisce il supporto reale nelle condizioni d’impiego dell’inibitore o del protettivo, il quale viene applicato in seguito ad una pulitura del manufatto corroso che non espone il metallo nudo. L’inibitore attualmente più utilizzato, benzotriazolo (BTA), risulta non totalmente adeguato nei confronti del bronzo, tossico per l’ambiente e sospetto cancerogeno per l’uomo. Occorre quindi sviluppare soluzioni alternative per la conservazione dei bronzi all’aperto: a questo scopo, il presente lavoro di tesi si è sviluppato in tre fasi: (i) patinazione via invecchiamento artificiale accelerato, simulando la pioggia battente (dropping test) e la pioggia stagnante (wet&dry) su campioni di bronzo quaternario Cu-Sn-Zn-Pb, al fine di produrre un substrato rappresentativo, diversificando le patine prodotte dalle due geometrie di esposizione, sul quale possa essere applicato un inibitore o protettivo. La patinazione artificiale ha permesso di riprodurre efficacemente le due tipologie di patine naturali: le superfici patinate in pioggia battente hanno mostrato il tipico arricchimento in Stagno dovuto alla decuprificazione, mentre le superfici patinate in pioggia stagnante hanno presentato la comparsa dei tipici prodotti precursori dei solfati basici. (ii) pulitura di una patina naturale su bronzo quaternario (fontana del XVII sec.) mediante sabbiatura criogenica (dry-ice blasting), al fine di verificare l’efficienza di questa tecnica per preparare le superfici patinate all’applicazione di un inibitore o protettivo e il suo eventuale utilizzo in sostituzione alle tecniche tradizionali. La sabbiatura criogenica si è tuttavia dimostrata non selettiva nei confronti dei depositi calcarei, dimostrandosi non utilmente applicabile. (iii) protezione di superfici di bronzo quaternario, patinate artificialmente simulando la pioggia battente, mediante un trattamento innovativo di biopatinazione ottenuto applicando il ceppo fungino Beauveria Bassiana, potenzialmente in grado di convertire in ossalati i prodotti di corrosione della patina naturale. Lo scopo è quello di valutare l’efficienza protettiva della biopatina in seguito ad un invecchiamento accelerato simulante la pioggia battente. La biopatinazione è risultata applicabile anche a superfici arricchite in Stagno artificialmente (dropping test), ma la biopatina ottenuta non si è mostrata in grado di limitare i fenomeni corrosivi. Si ritengono necessarie ulteriori prove per valutarne l’efficienza a più lungo termine.

Study of the effectiveness of crystal growth modifiers in the prevention of damage due to crystallization of sodium carbonates in stone artworks

The disintegration of stone materials used in sculpture and architecture due to the crystallization of salts is capable of irreparably damaging artistic objects and historic buildings. A number of phosphonates and carboxylates were tested here as potential crystallization modifiers for sodium carbonate crystallization. Precipitated phases during crystallization induced either by cooling or by evaporation tests were nahcolite (NaHCO3), natron (Na2CO3∙10H2O) and thermonatrite (Na2CO3∙H2O), identified using X-ray diffraction. By using the thermodynamic code PHREEQC and the calculation of the nucleation rate it was demonstrated that nahcolite had to be first phase formed during both tests. The formation of the other phases depended on the experimental conditions under which the two tests were conducted. Nahcolite nucleation is strongly inhibited in the presence of sodium citrate tribasic dihydrate (CA), polyacrylic acid 2100MW (PA) and etidronic acid (HEDP), when the additives are dosed at appropriate concentrations and the pH range of the resulting solution is about 8. Electrostatic attraction generated between the deprotonated organic additives and the cations present in solution appears to be the principal mechanism of additive-nahcolite interaction. Salt weathering tests, in addition to mercury intrusion porosimetry tests allowed to quantify the damage induced by such salts. FESEM observation of both salts grown on calcite single crystals and in limestone blocks subjected to salt crystallization tests allowed to identify the effect of these additives on crystal growth and development. The results show that PA seems to be the best inhibitor, while CA and HEDP, which show similar behaviors, are slightly less effective. The use of such effective crystallization inhibitors may lead to more efficient preventive conservation of ornamental stone affected by crystallization damage due to formation of sodium carbonate crystals.

Lewis acid catalysed direct glycosylation of N-acetyl-D-glucosamine

Incorporation of the relevant monosaccharide N-Acetyl-D-glucosamine (GlcNAc) into synthetic oligosaccharides by chemical glycosylation is still a very challenging object of studies, since direct reactions are low yielding. This issue is generally ascribed to its low solubility in common solvents and to the formation of a poorly reactive oxazoline intermediate, which is typically bypassed by introducing extra synthetic steps to avoid the presence of the NHAc moiety during glycosylation. Recently, a new direct Lewis acids-catalysed GlcNAc-ylation protocol has been disclosed, with acylated donors appearing to hold potential for high yielding glycosylation reactions. This master project focused indeed on a novel synthesis of promising 1-acyl GlcNAc donors, in order to test them in direct Lewis acid catalysed glycosylation without the need of N-protecting groups. Screening of various Lewis acids and reaction conditions with these acylated donors has been carried out, in presence of reactive primary alcohols as well as more challenging carbohydrate acceptor alcohols. These experiments demonstrated that the fine tuning of the leaving group combined with a suitable metal triflate could lead to a successful reaction outcome in the direct glycosylation. Successful methodology of this kind would provide rapid access to naturally occurring N-glycan motifs, such as the highly relevant human milk oligosaccharides (HMOs).

PM and material decay: analysis of dry depositions on horizontal and vertical surrogate surfaces through a Deposition Box system

Airborne Particulate Matter (PM), can get removed from the atmosphere through wet and dry mechanisms, and physically/chemically interact with materials and induce premature decay. The effect of dry depositions is a complex issue, especially for outdoor materials, because of the difficulties to collect atmospheric deposits repeatable in terms of mass and homogeneously distributed on the entire investigated substrate. In this work, to overcome these problems by eliminating the variability induced by outdoor removal mechanisms (e.g. winds and rainfalls), a new sampling system called ‘Deposition Box’, was used for PM sampling. Four surrogate materials (Cellulose Acetate, Regenerated Cellulose, Cellulose Nitrate and Aluminum) with different surfaces features were exposed in the urban-marine site of Rimini (Italy), in vertical and horizontal orientations. Homogeneous and reproducible PM deposits were obtained and different analytical techniques (IC, AAS, TOC, VP-SEM-EDX, Vis-Spectrophotometry) were employed to characterize their mass, dimension and composition. Results allowed to discriminate the mechanisms responsible of the dry deposition of atmospheric particles on surfaces with different nature and orientation and to determine which chemical species, and in which amount, tend to preferentially deposit on them. This work demonstrated that “Deposition Box” can represent an affordable tool to study dry deposition fluxes on materials and results obtained will be fundamental in order to extend this kind of exposure to actual building and heritage materials, to investigate the PM contribution in their decay.