Performance evaluation of asphalt pavements using the Incremental-Recursive procedure of the Mechanistic-Empirical design software CalME

Il concetto di “sostenibilità” si riferisce allo sviluppo dei sistemi umani attraverso il più piccolo impatto possibile sul sistema ambientale. Le opere che si inseriscono bene nel contesto ambientale circostante e le pratiche che rispettano le risorse in maniera tale da permettere una crescita e uno sviluppo a lungo termine senza impattare sull’ambiente sono indispensabili in una società moderna. I progressi passati, presenti e futuri che hanno reso i conglomerati bituminosi materiali sostenibili dal punto di vista ambientale sono particolarmente importanti data la grande quantità di conglomerato usato annualmente in Europa e negli Stati Uniti. I produttori di bitume e di conglomerato bituminoso stanno sviluppando tecniche innovative per ridurre l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni meccaniche finali. Un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” (WMA), pur sviluppando le stesse caratteristiche meccaniche, richiede un temperatura di produzione minore rispetto a quella di un tradizionale conglomerato bituminoso a caldo (HMA). L’abbassamento della temperature di produzione riduce le emissioni nocive. Questo migliora le condizioni dei lavoratori ed è orientato verso uno sviluppo sostenibile. L’obbiettivo principale di questa tesi di laurea è quello di dimostrare il duplice valore sia dal punto di vista dell’eco-compatibilità sia dal punto di vista meccanico di questi conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità”. In particolare in questa tesi di laurea è stato studiato uno SMA ad “alta lavorabilità” (PGGWMA). L’uso di materiali a basso impatto ambientale è la prima fase verso un progetto ecocompatibile ma non può che essere il punto di partenza. L’approccio ecocompatibile deve essere esteso anche ai metodi di progetto e alla caratterizzazione di laboratorio dei materiali perché solo in questo modo è possibile ricavare le massime potenzialità dai materiali usati. Un’appropriata caratterizzazione del conglomerato bituminoso è fondamentale e necessaria per una realistica previsione delle performance di una pavimentazione stradale. La caratterizzazione volumetrica (Mix Design) e meccanica (Deformazioni Permanenti e Comportamento a fatica) di un conglomerato bituminoso è una fase importante. Inoltre, al fine di utilizzare correttamente i materiali, un metodo di progetto avanzato ed efficiente, come quello rappresentato da un approccio Empirico-Meccanicistico (ME), deve essere utilizzato. Una procedura di progetto Empirico-Meccanicistica consiste di un modello strutturale capace di prevedere gli stati di tensione e deformazione all’interno della pavimentazione sotto l’azione del traffico e in funzione delle condizioni atmosferiche e di modelli empirici, calibrati sul comportamento dei materiali, che collegano la risposta strutturale alle performance della pavimentazione. Nel 1996 in California, per poter effettivamente sfruttare i benefici dei continui progressi nel campo delle pavimentazioni stradali, fu iniziato un estensivo progetto di ricerca mirato allo sviluppo dei metodi di progetto Empirico - Meccanicistici per le pavimentazioni stradali. Il risultato finale fu la prima versione del software CalME che fornisce all’utente tre approcci diversi di l’analisi e progetto: un approccio Empirico, uno Empirico - Meccanicistico classico e un approccio Empirico - Meccanicistico Incrementale - Ricorsivo. Questo tesi di laurea si concentra sulla procedura Incrementale - Ricorsiva del software CalME, basata su modelli di danno per quanto riguarda la fatica e l’accumulo di deformazioni di taglio dai quali dipendono rispettivamente la fessurazione superficiale e le deformazioni permanenti nella pavimentazione. Tale procedura funziona per incrementi temporali successivi e, usando i risultati di ogni incremento temporale, ricorsivamente, come input dell’incremento temporale successivo, prevede le condizioni di una pavimentazione stradale per quanto riguarda il modulo complesso dei diversi strati, le fessurazioni superficiali dovute alla fatica, le deformazioni permanenti e la rugosità superficiale. Al fine di verificare le propreità meccaniche del PGGWMA e le reciproche relazioni in termini di danno a fatica e deformazioni permanenti tra strato superficiale e struttura della pavimentazione per fissate condizioni ambientali e di traffico, è stata usata la procedura Incrementale – Ricorsiva del software CalME. Il conglomerato bituminoso studiato (PGGWMA) è stato usato in una pavimentazione stradale come strato superficiale di 60 mm di spessore. Le performance della pavimentazione sono state confrontate a quelle della stessa pavimentazione in cui altri tipi di conglomerato bituminoso sono stati usati come strato superficiale. I tre tipi di conglomerato bituminoso usati come termini di paragone sono stati: un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” con granulometria “chiusa” non modificato (DGWMA), un conglomerato bituminoso modificato con polverino di gomma con granulometria “aperta” (GGRAC) e un conglomerato bituminoso non modificato con granulometria “chiusa” (DGAC). Nel Capitolo I è stato introdotto il problema del progetto ecocompatibile delle pavimentazioni stradali. I materiali a basso impatto ambientale come i conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità” e i conglomerati bituminosi modificati con polverino di gomma sono stati descritti in dettaglio. Inoltre è stata discussa l’importanza della caratterizzazione di laboratorio dei materiali e il valore di un metodo razionale di progetto delle pavimentazioni stradali. Nel Capitolo II sono stati descritti i diversi approcci progettuali utilizzabili con il CalME e in particolare è stata spiegata la procedura Incrementale – Ricorsiva. Nel Capitolo III sono state studiate le proprietà volumetriche e meccaniche del PGGWMA. Test di Fatica e di Deformazioni Permanenti, eseguiti rispettivamente con la macchina a fatica per flessione su quattro punti e il Simple Shear Test device (macchina di taglio semplice), sono stati effettuati su provini di conglomerato bituminoso e i risultati dei test sono stati riassunti. Attraverso questi dati di laboratorio, i parametri dei modelli della Master Curve, del danno a fatica e dell’accumulo di deformazioni di taglio usati nella procedura Incrementale – Ricorsiva del CalME sono stati valutati. Infine, nel Capitolo IV, sono stati presentati i risultati delle simulazioni di pavimentazioni stradali con diversi strati superficiali. Per ogni pavimentazione sono stati analizzati la fessurazione superficiale complessiva, le deformazioni permanenti complessive, il danno a fatica e la profondità delle deformazioni in ognuno degli stati legati.

Certificates for Incremental Type Checking

The central topic of this thesis is the study of algorithms for type checking, both from the programming language and from the proof-theoretic point of view. A type checking algorithm takes a program or a proof, represented as a syntactical object, and checks its validity with respect to a specification or a statement. It is a central piece of compilers and proof assistants. We postulate that since type checkers are at the interface between proof theory and program theory, their study can let these two fields mutually enrich each other. We argue by two main instances: first, starting from the problem of proof reuse, we develop an incremental type checker; secondly, starting from a type checking program, we evidence a novel correspondence between natural deduction and the sequent calculus.

Applicazioni della tecnica di misura incremental hole drilling per provini sottili

Allo scopo di valutare le tensioni residue di un pannello in alluminio sottile, è stata sviluppata la tecnica definita Incremental Hole Drilling. Poichè tale tecnica è applicata a componenti di spessori rilevanti, per ovviare alle problematiche di vibrazione del provino è stata applicata una controlastra di resina polimerizzata per aumentare la rigidezza flessionale. Le analisi effettuate hanno mostrato una influenza della resina non trascurabile sullo stato di tensione del materiale.

Determinazione delle tensioni residue in componenti metallici sottili mediante "incremental hole drilling"

La vita di un aeromobile è un elemento importante sia per quanto riguarda la sicurezza del payload, che da un punto di vista economico, a causa delle spese di manutenzione/rinnovamento della flotta che una compagnia aerea deve affrontare. Gli elementi costitutivi di un aeromobile sono soggetti a diverse tipologie di carichi, alcuni dei quali ciclici come la pressurizzazione/depressurizzazione della fusoliera; tali carichi, nel lungo periodo, possono provocare la nascita e la propagazione di eventuali cricche, le quali possono portare alla rottura del componente stesso causando gravi incidenti. Il legame tra tensioni residue e nascita/crescita delle cricche ha portato allo sviluppo di tecniche per contrastare questo fenomeno, come il processo del LSP. Per la misura delle tensioni residue esistono già normative di riferimento, le quali però non trattano componenti metallici di piccolo spessore mentre i pannelli di fusoliera rientrano in questa categoria. Scopo di questa tesi è quello di studiare una variante della tecnica HD adatta a valutare le tensioni residue in componenti metallici di piccolo spessore e confrontare i risultati con quelli ottenuti con la tecnica XRD. L’idea di partenza è l’implementazione di un supporto posteriore in resina che simuli la presenza di uno spessore maggiore.

Mechanism of action of tin-containing fluoride solutions as anti-erosive agents in dentine - an in vitro tin-uptake, tissue loss, and scanning electron microscopy study

Solutions containing tin and fluoride exhibit remarkable anti-erosive properties with tin ions as a major agent. To elucidate its mechanism of action in dentine, the tin uptake on and in the tissue was investigated and related to histological findings and substance loss. Samples were treated twice daily, each treatment lasting for 2 min, with fluoride solutions [pH 4.5; 1,500 parts per million (p.p.m.) F] containing 2,100, 1,400, or 400 p.p.m. Sn as SnCl(2). In experiments 1 and 2, samples were eroded with citric acid (pH 2.3) six times each day, each treatment lasting for 5 min; in experiment 2, the demineralized organic matrix was continuously digested by collagenase; in experiment 3, no erosive challenges were performed. Sample surfaces and cross-sections were investigated using energy dispersive X-ray spectroscopy, scanning electron microscopy, and profilometry. Surface retention of tin was found in almost all treatment groups and was highest in experiment 2. On cross-sections, tin was retained within the organic matrix; in mineralized areas, tin was found mainly within a depth of 10 mum. Test solutions inhibited substance loss significantly; in experiment 2, the effect was dose-dependent. Erosion inhibition seemed to depend mainly on the incorporation of tin in the mineralized dentine when the organic portion was preserved, but on surface precipitation when the organic portion was continuously digested.

Efficacy of fluoride compounds and stannous chloride as erosion inhibitors in dentine

The aim of this study was to evaluate the anti-erosive effects of different fluoride compounds and one tin compound in the context of the complex pathohistology of dentine erosion, with particular emphasis on the role of the organic portion. Samples were subjected to two experiments including erosive acid attacks (0.05 molar citric acid, pH 2.3; 6 x 2 min/day) and applications (6 x 2 min/day) of the following test solutions: SnCl(2) (815 ppm Sn), NaF (250 ppm F), SnF(2) (250 ppm F, 809 ppm Sn), amine fluoride (AmF, 250 ppm F), AmF/NaF (250 ppm F), and AmF/SnF(2) (250 ppm F, 409 ppm Sn). The demineralised organic fraction was enzymatically removed either at the end of the experiment (experiment 1) or continuously throughout the experiment (experiment 2). Tissue loss was determined profilometrically after 10 experimental days. In experiment 1, the highest erosive tissue loss was found in the control group (erosion only); the AmF- and NaF-containing solutions reduced tissue loss by about 60%, reductions for SnCl(2), AmF/SnF(2), and SnF(2) were 52, 74 and 89%, respectively. In experiment 2, loss values generally were significantly higher, and the differences between the test solutions were much more distinct. Reduction of tissue loss was between 12 and 34% for the AmF- and NaF-containing preparations, and 11, 67 and 78% for SnCl(2), AmF/SnF(2), and SnF(2), respectively. Stannous fluoride-containing solutions revealed promising anti-erosive effects in dentine. The strikingly different outcomes in the two experiments suggest reconsidering current methodologies for investigating anti-erosive strategies in dentine.

Effects of pH and acid concentration on erosive dissolution of enamel, dentine, and compressed hydroxyapatite

The aims of this study were to determine the effects of pH and acid concentration on the dissolution of enamel, dentine, and compressed hydroxyapatite (HA) in citric acid solutions (15.6 and 52.1 mmol l(-1) ; pH 2.45, 3.2, and 3.9), using a pH-stat system. After an initial adjustment period, the dissolution rates of enamel and HA were constant, while that of dentine decreased with time. The dissolution rate increased as the pH decreased, and this was most marked for enamel. To compare substrates, the rate of mineral dissolution was normalized to the area occupied by mineral at the specimen surface. For a given acid concentration, the normalized dissolution rate of HA was always less than that for either dentine or enamel. The dissolution rate for dentine mineral was similar to that for enamel at pH 2.45 and greater at pH 3.2 and pH 3.9. The concentration of acid significantly affected the enamel dissolution rate at pH 2.45 and pH 3.2, but not at pH 3.9, and did not significantly affect the dissolution rates of dentine or HA at any pH. The variation in response of the dissolution rate to acid concentration/buffer capacity with respect to pH and tissue type might complicate attempts to predict erosive potential from solution composition.

A minimally destructive technique for removing the smear layer from dentine surfaces

OBJECTIVES: To develop a minimally destructive technique for removing the smear layer produced by cutting and polishing specimens of dentine prepared for use in experimental studies, e.g. on occlusion of dentinal tubules by oral health products. The aim was to avoid the damage caused by conventional techniques utilising short exposures to solutions with very low pH. METHODS: Two acetate buffers, pH 5.5, containing different concentrations of calcium and phosphate, with -log(ion activity product with respect to hydroxyapatite) (pI(HA)) of 55 or 56, were tested on slices of dentine using scanning electron microscopy (SEM). RESULTS: A solution which, from previous work, was slightly undersaturated with respect to dentine mineral, with a pI(HA) of 56, was found to remove smear layers produced by cutting and/or polishing after 15 min. However, to reliably remove debris occluding the tubules an exposure time of 2h, followed by brief ultrasonication, was necessary. After 2h treatment with this buffer, only a small amount of demineralization of the surface was detectable by SEM, while calcium and phosphorus were detectable by X-ray dispersive spectroscopy. CONCLUSION: It is possible to remove smear layers, and to open dentinal tubules, by a reasonably short exposure to an acidic buffer which is undersaturated with respect to dentine mineral.

Methods for the measurement and characterization of erosion in enamel and dentine

The advantages, limitations and potential applications of available methods for studying erosion of enamel and dentine are reviewed. Special emphasis is placed on the influence of histological differences between the dental hard tissue and the stage of the erosive lesion. No method is suitable for all stages of the lesion. Factors determining the applicability of the methods are: surface condition of the specimen, type of the experimental model, nature of the lesion, need for longitudinal measurements and type of outcome. The most suitable and most widely used methods are: chemical analyses of mineral release and enamel surface hardness for early erosion, and surface profilometry and microradiography for advanced erosion. Morphological changes in eroded dental tissue have usually been characterised by scanning electron microscopy. Novel methods have also been used, but little is known of their potential and limitations. Therefore, there is a need for their further development, evaluation, consolidation and, in particular, validation.