Pushover analysis of an existing reinforced concrete bridge:Jamboree Road Overcrossing in Irvine, California

The work for the present thesis started in California, during my semester as an exchange student overseas. California is known worldwide for its seismicity and its effort in the earthquake engineering research field. For this reason, I immediately found interesting the Structural Dynamics Professor, Maria Q. Feng's proposal, to work on a pushover analysis of the existing Jamboree Road Overcrossing bridge. Concrete is a popular building material in California, and for the most part, it serves its functions well. However, concrete is inherently brittle and performs poorly during earthquakes if not reinforced properly. The San Fernando Earthquake of 1971 dramatically demonstrated this characteristic. Shortly thereafter, code writers revised the design provisions for new concrete buildings so to provide adequate ductility to resist strong ground shaking. There remain, nonetheless, millions of square feet of non-ductile concrete buildings in California. The purpose of this work is to perform a Pushover Analysis and compare the results with those of a Nonlinear Time-History Analysis of an existing bridge, located in Southern California. The analyses have been executed through the software OpenSees, the Open System for Earthquake Engineering Simulation. The bridge Jamboree Road Overcrossing is classified as a Standard Ordinary Bridge. In fact, the JRO is a typical three-span continuous cast-in-place prestressed post-tension box-girder. The total length of the bridge is 366 ft., and the height of the two bents are respectively 26,41 ft. and 28,41 ft.. Both the Pushover Analysis and the Nonlinear Time-History Analysis require the use of a model that takes into account for the nonlinearities of the system. In fact, in order to execute nonlinear analyses of highway bridges it is essential to incorporate an accurate model of the material behavior. It has been observed that, after the occurrence of destructive earthquakes, one of the most damaged elements on highway bridges is a column. To evaluate the performance of bridge columns during seismic events an adequate model of the column must be incorporated. Part of the work of the present thesis is, in fact, dedicated to the modeling of bents. Different types of nonlinear element have been studied and modeled, with emphasis on the plasticity zone length determination and location. Furthermore, different models for concrete and steel materials have been considered, and the selection of the parameters that define the constitutive laws of the different materials have been accurate. The work is structured into four chapters, to follow a brief overview of the content. The first chapter introduces the concepts related to capacity design, as the actual philosophy of seismic design. Furthermore, nonlinear analyses both static, pushover, and dynamic, time-history, are presented. The final paragraph concludes with a short description on how to determine the seismic demand at a specific site, according to the latest design criteria in California. The second chapter deals with the formulation of force-based finite elements and the issues regarding the objectivity of the response in nonlinear field. Both concentrated and distributed plasticity elements are discussed into detail. The third chapter presents the existing structure, the software used OpenSees, and the modeling assumptions and issues. The creation of the nonlinear model represents a central part in this work. Nonlinear material constitutive laws, for concrete and reinforcing steel, are discussed into detail; as well as the different scenarios employed in the columns modeling. Finally, the results of the pushover analysis are presented in chapter four. Capacity curves are examined for the different model scenarios used, and failure modes of concrete and steel are discussed. Capacity curve is converted into capacity spectrum and intersected with the design spectrum. In the last paragraph, the results of nonlinear time-history analyses are compared to those of pushover analysis.

Applicazione e confronto di modelli per lo studio della vulnerabilita da maremoto nel golfo di siracusa

Il lavoro svolto in questa tesi s’inserisce e sviluppa soprattutto nel campo dell’analisi della vulnerabilità relativa agli tsunami ed è centrato sull’analisi della vulnerabilità di strutture ed edifici. Per la precisione si è focalizzata l’attenzione su un’area geografica specifica, cioè si è considerata l’ipotesi che un maremoto colpisca le coste orientali della Sicilia ed in particolare della città di Siracusa. Questo lavoro di tesi prenderà in considerazione due modelli distinti per la stima della vulnerabilità: il modello SCHEMA (SCenarios for Hazard-induced Emergencies MAnagement) che prende il nome dal progetto europeo in cui è stato sviluppato e il modello PTVA (Papathoma Tsunami Vulnerability Assessment) introdotto da Papathoma et al. (2003) e successivamente modificato da Dominey-Howes et al. (2007) e da Dall’Osso et al. (2009). Tali modelli sono esempi dei due possibili approcci (quantitativo e qualitativo). Nei seguenti capitoli si sono trattate le curve di fragilità e di danno, in particolare seguendo la metodologia di Koshimura et al. (2009) ed il lavoro di Valencia et al. (2011). A seguire sono stati descritti i due metodi utilizzati per lo studio della vulnerabilità (SCHEMA, PTVA) ed il lavoro che è stato condotto nell’area di Siracusa. Il lavoro di tesi si è concluso mostrando i risultati della classificazione di vulnerabilità evidenziando e discutendo differenze e similarità delle mappe risultanti dai due metodi applicati.

Distribuzione spazio-temporale di Stenella coeruleoalba (Meyen, 1833) e Tursiops truncatus (Montagu, 1821) nel Golfo di Taranto

Il Golfo di Taranto è una baia storica all’interno del Mar Ionio Settentrionale, Mar Mediterraneo Orientale. Sebbene il Mar Mediterraneo rappresenti meno dell’1% della superficie oceanica, presenta un alto livello di diversità biologica e si inserisce tra i primi 25 Biodiversity Hot Spot a livello globale. Esso purtroppo è anche uno dei bacini più antropizzati del mondo; tali pressioni mettono a serio rischio la conservazione di numerose specie, tra cui i Cetacei. Attualmente non sono presenti lavori riportanti dati di abbondanza dei Cetacei nel Golfo di Taranto: la mia ricerca vuole contribuire a colmare questo vuoto conoscitivo ed aggiungere nuove conoscenze sull’abbondanza dei Cetacei nel Mar Mediterraneo. Le aree di studio prese in esame si trovano nel Golfo di Taranto, sono contigue ed hanno la stessa superficie. Utilizzando il metodo del transetto lineare ed il software Distance 6.0 è stato possibile, raccogliere i dati di abbondanza dei delfinidi Stenella coeruleoalba e Truncatus truncatus ed analizzarli, ottenendo delle stime di abbondanza da confrontare con la serie storica disponibile (2009-2014). L’utilizzo del metodo del Distance Sampling, applicato per la prima volta nel Golfo di Taranto, è stato fondamentale perché ha permesso di colmare una lacuna conoscitiva sulla consistenza numerica associata alla nota presenza dei Cetacei nel Mar Ionio Settentrionale. I risultati ottenuti hanno reso possibile il confronto delle stime di abbondanza ottenute nel Golfo di Taranto con quelle del bacino ligure-corso-provenzale del Mediterraneo (Santuario Pelagos). Infatti è stato possibile rilevare che S. coeruleoalba presenta abbondanze generalmente inferiori ed un trend in diminuzione nel Santuario Pelagos, in netto contrasto con le maggiori abbondanze ed il trend in incremento evidenziato nel Golfo di Taranto e sintetizzato in questa tesi. Si evince, quindi la massima urgenza nell’implementare lo studio nel Golfo di Taranto, laddove la presenza di differenti specie di Cetacei e le stime di abbondanza di S. coeruleoalba e T. truncatus evidenziano la necessità di interventi di gestione finalizzati alla conservazione del patrimonio di diversità biologica del Mediterraneo.

Seasonality and diel variation in blue whale D calls recorded in the Southern California Bight

Passive acoustic data have been collected using HARPs (High-frequency Acoustic Recording Packages) and were used to assess (1) the seasonality of blue whale D calls in the Southern California Bight, (2) their interannual abundance during 2007-2012 and (3) their diel variation. This goal has been achieved running the GPL (Generalized Power-Law) automated detector. (1) Blue whale D calls were detected in the Southern California Bight from May through November with a peak in July, even though few detections were from December to April as well. A key predictor for blue whale distribution and movement in the California Current region has been identified with zooplankton aggregations, paying a particular attention to those euphausiid species, such as E. pacifica and T. spinifera, which are blue whale favorite krill. The Southern California Bight experiences seasonal upwelling, resulting in an increase of productivity and prey availability. The summer and early fall have been marked as the most favorable periods. This supports the presence of blue whales in the area at that time, supposing these marine mammals exploit the region as a feeding ground. (2) As to the interannual abundance during 2007-2012, I found a large variability. I observed a great increase of vocalizations in 2007 and 2010, whereas a decrease was shown in the other years, which is well marked in 2009. It is my belief that these fluctuations in abundance of D calls detections through the deployed period are due to the alternation of El Nino and La Nina events, which occurred in those years. (3) The assessment of the daily timing of D calls production shows that D calls are more abundant during the day than during the night with a peak at 12:00 and 13:00. Assuming that D calling is associated with feeding, the daily pattern of D calls may be linked to the prey availability. E. pacifica and T. spinifera are among those species of krill which undertake daily vertical migrations, remaining at depth during the day and slowly coming up towards the surface at night. Because of some anatomical arrangements, these euphausiids are very sensitive to the light. Given that we believe D calls have a social function, I hypothesize that blue whales may recognize the hours at the highest solar incidence as the best moment of the day in terms of prey availability, exploiting this time window to advert their conspecifics.

Distribuzione spazio temporale dei pesci demersali sulla piattaforma continentale del Golfo di Antalya

Le variabili ambientali e lo sfruttamento della pesca sono dei possibili fattori nel determinare la struttura della comunità demersale. L’area di studio è il Golfo di Antalya, con un area aperta ed una chiusa ad ogni attività di pesca, il periodo di studio ha coperto tre stagioni (primavera, estate, autunno). Lo scopo è quello di delineare un quadro generale sulla distribuzione spaziale e temporale delle risorse alieutiche demersali in quest’area. In questo lavoro di tesi la PCA è stata usata al fine di determinare le variabili ambientali (ossigeno, salinità, temperatura, pH, materia sospesa) che determinano maggiormente la differenza tra le stazioni, tecniche di analisi multivariata hanno invece indagato una possibile variazione su scala spaziale e temporale dei parametri abiotici. La Cluster Analysis effettuata sui dati di abbondanza ha delineato quattro raggruppamenti principali, due ad una profondità minore di 100 m e due ad una profondità maggiore (40% di similarità). Questi risultati sono confermati dall’analisi MDS. L’analisi SIMPER ha messo in evidenza le specie che maggiormente incidono sulla differenza tra strati di profondità. Gli indici di biodiversità sono stati calcolati per indagare la diversità e la variabilità temporale e spaziale della comunità demersale. Due procedure la BIO-ENV e la DistLM (Distance-based linear models) sono state effettuate per individuare le variabili abiotiche che potrebbero essere responsabili dei diversi raggruppamenti nella struttura del popolamento demersale. Le specie commerciali: Mullus barbatus, Upeneus moluccensis, Upeneus pori sono state prese come oggetto per la ricerca di possibili effetti della pesca a livello di popolazione. Per i dati di abbondanza e di biomassa di queste specie è stata eseguita l’analisi multivariata MANOVA (Multivariate Analysis of Variance) al fine di trovare eventuali variazioni dovute ai fattori profondità, stagione e transetto. Per ogni specie è stata valutata la sex ratio. Il metodo Bhattacharya ha permesso di determinare le classi di età e la loro abbondanza. In ultimo la relazione peso-lunghezza è stata ricavata separatamente per gli individui maschi e femmine al fine di determinare il tipo di crescita per ogni sesso.

Geochimica dei sedimenti del Golfo di Tigullio antistanti Sestri Levante (GE)

I metalli pesanti sono presenti in natura come costituenti della crosta terrestre associati a diversi minerali. Attività antropiche possono determinare un arricchimento del loro contenuto in ambiente: nel caso della miniera di Libiola, da cui era estratto Cu fino agli anni ‘60, le fasi di estrazione e raffinazione del minerale hanno portato all’esposizione di una maggior quantità di materiale all’azione di weathering atmosferico e delle acque dei fiumi, accumulandosi in ambiente marino. Il presente studio ha l’obiettivo di caratterizzare i sedimenti del Golfo di Tigullio antistanti Sestri Levante per acquisire informazioni sulle caratteristiche e proprietà dell’ambiente, individuando e determinando l’effetto di quanto proviene del Torrente Gromolo e da altri corpi idrici affluenti. Per raggiungere questo obiettivo i campioni di sedimento, una volta prelevati, sono stati trattati in laboratorio tramite setacciatura, essiccamento e macinatura a cui sono seguite analisi in XRF, XRD e del contenuto di materia organica tramite calcolo della LOI. I dati raccolti sono stati poi studiati tramite elaborazioni statistiche (indici, matrice di correlazione, analisi fattoriale) e grafiche (QGIS). Dallo studio dei risultati ottenuti è stato possibile verificare una diversa ripartizione degli analiti in distinte fasi granulometriche del sedimento, l’effettivo contributo di quanto è drenato dai fiumi e la presenza di una corrente idrodinamica che influisce sulla distribuzione degli elementi stessi.

Effetti delle emissioni naturali gassose sugli pteropodi: uno studio pilota nel Golfo di Napoli

L’aumento della pressione parziale di anidride carbonica in atmosfera e il conseguente aumento dell’idrolisi di CO2 nell’acqua marina, noto come “acidificazione degli oceani", consiste nella diminuzione del pH e nella riduzione dello stato di saturazione delle acque (Ω) rispetto al carbonato di calcio (CaCO3). Il Golfo di Napoli è caratterizzato da elevati livelli di CO2 dovuti alla presenza di emissioni naturali di gas (vents), è perciò considerato un laboratorio naturale per prevedere gli effetti futuri sugli organismi marini dovuti all’aumento della acidificazione degli oceani. Questo lavoro di tesi valuta, per la prima volta, l’effetto dei vents sugli pteropodi Thecosomata (gasteropodi planctonici). Data la loro necessità di ioni carbonato per produrre la conchiglia, questi sono considerati “organismi sentinella” per i cambiamenti del sistema dei carbonati nell’ambiente marino. Gli pteropodi sono stati campionati e successivamente analizzati in termini di abbondanza specifica, dimensione e stato di degradazione della conchiglia. I principali risultati hanno mostrato che dalle stazioni di controllo alle zone con presenza di emissioni gassose, vi è un gradiente di diminuzione dei livelli di pH e Ωar, nonostante in nessuna stazione siano presenti livelli di sottosaturazione carbonatica. Gli pteropodi diminuiscono in termini di abbondanza e biodiversità presentando una conchiglia con livelli di dissoluzione elevata nelle stazioni adiacenti alle emissioni gassose, mentre lo stato di preservazione della conchiglia aumenta all’aumentare della distanza dalle zone di emissione, suggerendo che la variazione dello stato di saturazione nelle diverse stazioni, influenzi i processi di calcificazione dell’organismo. Gli effetti negativi delle emissione gassose sugli pteropodi potrebbero a lungo termine risultare in uno shift di popolazioni a vantaggio di organismi planctonici non calcificanti.

Studio geologico-geofisico Marino del Golfo di Corigliano (Costa Calabra Orientale)

In questo lavoro di tesi sono stati utilizzati profili sismici a riflessione a varie scale, acquisiti nel Golfo di Corigliano (Margine Ionico della Calabria) con lo scopo di studiare la deformazione tettonica e l’organizzazione dei depositi superficiali (tardo Pleistocenici) di quest’area di transizione tra il fronte di collisione Appenninico e il retroarco della subduzione Calabra. Lo studio della Dorsale dell’Amendolara si è dimostrato essere un elemento chiave per la comprensione geologica di questo settore crostale, considerato relativamente stabile ma sede di una significativa sismicità. L’analisi dei profili sismici ha rivelato la presenza di un fronte tettonico attivo (Faglia dell’Amendolara) che corre lungo il fianco occidentale dell’omonima Dorsale e che, secondo numerose evidenze geologico-strutturali, sembrerebbe caratterizzato attualmente da una cinematica trascorrente sinistra. L’attuale regime si è probabilmente sovraimposto ai fronti compressivi Neogenico-Quaternari, legati alla convergenza Appenninica. Queste evidenze fanno ipotizzare che la genesi della depressione confinata tra la costa calabrese e la Dorsale dell’Amendolara, coincidente con il Bacino di Sibari-Corigliano, sia stata causata da flessura della litosfera in seguito all’avanzamento delle coltri compressive da NNE. I dati a disposizione mostrano che la depressione del Bacino di Sibari-Corigliano, si trova attualmente in una situazione di riempimento “passivo” da parte dei depositi provenienti dal Fiume Crati e da fenomeni di instabilità gravitativa, probabilmente innescati da terremoti localizzati soprattutto lungo il fianco occidentale della Dorsale dell’Amendolara.

Contributo dei coralliti sub-fossili di Cladocora caespitosa (L.,1767)(Cnidaria, Scleractinia) ai sedimenti dei fondali circostanti le isole del Golfo di La Spezia.

I sedimenti superficiali dei fondali circostanti l’arcipelago del Golfo di La Spezia sono stati analizzati dal punto di vista granulometrico e composizionale al fine di ottenere la mappatura delle concentrazioni di coralliti sub-fossili di Cladocora caespitosa nel sedimento. Mediante lo studio del sedimento campionato in trentacinque stazioni, sono state individuate tre zone di accumulo di coralliti: (i) in corrispondenza del capo occidentale dell’Isola Palmaria con le concentrazioni più elevate comprese tra il 25 e 55% (ii) sul lato sud-orientale della stessa isola con concentrazioni tra il 10 e 12% e (iii) una fascia contornante l’Isola del Tinetto con quantità inferiori al 3%. La concentrazione anomala di coralliti è il risultato dello scarico di materiali di dragaggio provenienti dal porto di La Spezia, scaricati al largo delle coste occidentali dell’arcipelago tra gli anni ‘50 e ’70 e progressivamente ridistribuiti verso sud-est dalla deriva litorale.