Identificazione dei parametri meccanici del ponte metallico ferroviario a Pontelagoscuro attraverso un algoritmo di ottimizzazione di tipo evolutivo

Nel periodo storico compreso tra la seconda metà dell’Ottocento ed il primo ventennio del Novecento, un’ondata di innovazioni tecnologiche e scientifiche, unitamente all’espansione dell’industria siderurgica e la conseguente diffusione del ferro come materiale da costruzione, portarono alla realizzazione di strutture metalliche grandiose. Ciò fu reso possibile grazie ad una fervida attività di ricerca che permise la risoluzione di problematiche tecniche di assoluto rilievo, come la progettazione di grandi coperture o di ponti destinati al traffico ferroviario in grado di coprire luci sempre maggiori. In questo contesto si sviluppò il sistema della chiodatura come metodo di unione per il collegamento rigido e permanente dei vari elementi che compongono la struttura portante metallica. Ad oggi il sistema della chiodatura è stato quasi completamente sostituito dalla bullonatura di acciaio ad alta resistenza e dalla saldatura, che garantendo gli stessi standard di affidabilità e sicurezza, offrono vantaggi in termini economici e di rapidità esecutiva. Tuttavia lo studio delle unioni chiodate continua a rivestire notevole importanza in tutti quei casi in cui il progettista debba occuparsi di restauro, manutenzione o adeguamento di strutture esistenti che in molti casi continuano ad assolvere le funzioni per le quali erano state progettate. La valutazione delle strutture esistenti, in particolare i ponti, ha assunto un’importanza sempre crescente. L’incremento della mobilità e del traffico sulle infrastrutture di trasporto ha portato ad un incremento contemporaneo di carichi e velocità sui ponti. In particolare nelle ferrovie, i ponti rappresentano una parte strategica della rete ferroviaria e in molti casi, essi hanno già raggiunto i loro limiti di capacità di traffico, tanto è vero che l’età media del sessanta percento dei ponti metallici ferroviari è di un centinaio di anni. Pertanto i carichi di servizio, i cicli di sforzo accumulati a causa dei carichi da traffico e il conseguente invecchiamento delle strutture esistenti, inducono la necessità della valutazione della loro rimanente vita a fatica. In questo contesto, la valutazione delle condizioni del ponte e le conseguenti operazioni di manutenzione o sostituzione diventano indispensabili. Negli ultimi decenni sono state effettuate numerose iniziative di ricerca riguardo il comportamento a fatica dei ponti ferroviari chiodati, poiché le passate esperienze hanno mostrato che tali connessioni sono suscettibili di rotture per fatica. Da uno studio dell’ASCE Committee on Fatigue and Fracture Reliability è emerso che l’ottanta, novanta percento delle crisi nelle strutture metalliche è da relazionarsi ai fenomeni di fatica e frattura. Il danno per fatica riportato dai ponti chiodati è stato osservato principalmente sulle unioni tra elementi principali ed è causato dagli sforzi secondari, che si possono sviluppare in diverse parti delle connessioni. In realtà riguardo la valutazione della fatica sui ponti metallici chiodati, si è scoperto che giocano un ruolo importante molti fattori, anzitutto i ponti ferroviari sono soggetti a grandi variazioni delle tensioni indotte da carichi permanenti e accidentali, così come imperfezioni geometriche e inclinazioni o deviazioni di elementi strutturali comportano sforzi secondari che solitamente non vengono considerati nella valutazione del fenomeno della fatica. Vibrazioni, forze orizzontali trasversali, vincoli interni, difetti localizzati o diffusi come danni per la corrosione, rappresentano cause che concorrono al danneggiamento per fatica della struttura. Per questo motivo si studiano dei modelli agli elementi finiti (FE) che riguardino i particolari delle connessioni e che devono poi essere inseriti all’interno di un modello globale del ponte. L’identificazione degli elementi critici a fatica viene infatti solitamente svolta empiricamente, quindi è necessario che i modelli numerici di cui si dispone per analizzare la struttura nei particolari delle connessioni, così come nella sua totalità, siano il più corrispondenti possibile alla situazione reale. Ciò che ci si propone di sviluppare in questa tesi è un procedimento che consenta di affinare i modelli numerici in modo da ottenere un comportamento dinamico analogo a quello del sistema fisico reale. Si è presa in esame la seguente struttura, un ponte metallico ferroviario a binario unico sulla linea Bologna – Padova, che attraversa il fiume Po tra le località di Pontelagoscuro ed Occhiobello in provincia di Ferrara. Questo ponte fu realizzato intorno agli anni che vanno dal 1945 al 1949 e tra il 2002 e il 2006 ha subito interventi di innalzamento, ampliamento ed adeguamento nel contesto delle operazioni di potenziamento della linea ferroviaria, che hanno portato tra l’altro all’affiancamento di un nuovo ponte, anch’esso a singolo binario, per i convogli diretti nella direzione opposta. Le travate metalliche del ponte ferroviario sono costituite da travi principali a traliccio a gabbia chiusa, con uno schema statico di travi semplicemente appoggiate; tutte le aste delle travi reticolari sono formate da profilati metallici in composizione chiodata. In particolare si è rivolta l’attenzione verso una delle travate centrali, della quale si intende affrontare un’analisi numerica con caratterizzazione dinamica del modello agli Elementi Finiti (FEM), in modo da conoscerne lo specifico comportamento strutturale. Ad oggi infatti l’analisi strutturale si basa prevalentemente sulla previsione del comportamento delle strutture tramite modelli matematici basati su procedimenti risolutivi generali, primo fra tutti il Metodo agli Elementi Finiti. Tuttavia i risultati derivanti dal modello numerico possono discostarsi dal reale comportamento della struttura, proprio a causa delle ipotesi poste alla base della modellazione. Difficilmente infatti si ha la possibilità di riscontrare se le ipotesi assunte nel calcolo della struttura corrispondano effettivamente alla situazione reale, tanto più se come nella struttura in esame si tratta di una costruzione datata e della quale si hanno poche informazioni circa i dettagli relativi alla costruzione, considerando inoltre che, come già anticipato, sforzi secondari e altri fattori vengono trascurati nella valutazione del fenomeno della fatica. Nel seguito si prenderanno in esame le ipotesi su masse strutturali, rigidezze dei vincoli e momento d’inerzia delle aste di parete, grandezze che caratterizzano in particolare il comportamento dinamico della struttura; per questo sarebbe ancora più difficilmente verificabile se tali ipotesi corrispondano effettivamente alla costruzione reale. Da queste problematiche nasce l’esigenza di affinare il modello numerico agli Elementi Finiti, identificando a posteriori quei parametri meccanici ritenuti significativi per il comportamento dinamico della struttura in esame. In specifico si andrà a porre il problema di identificazione come un problema di ottimizzazione, dove i valori dei parametri meccanici vengono valutati in modo che le caratteristiche dinamiche del modello, siano il più simili possibile ai risultati ottenuti da elaborazioni sperimentali sulla struttura reale. La funzione costo è definita come la distanza tra frequenze proprie e deformate modali ottenute dalla struttura reale e dal modello matematico; questa funzione può presentare più minimi locali, ma la soluzione esatta del problema è rappresentata solo dal minimo globale. Quindi il successo del processo di ottimizzazione dipende proprio dalla definizione della funzione costo e dalla capacità dell’algoritmo di trovare il minimo globale. Per questo motivo è stato preso in considerazione per la risoluzione del problema, l’algoritmo di tipo evolutivo DE (Differential Evolution Algorithm), perché gli algoritmi genetici ed evolutivi vengono segnalati per robustezza ed efficienza, tra i metodi di ricerca globale caratterizzati dall’obiettivo di evitare la convergenza in minimi locali della funzione costo. Obiettivo della tesi infatti è l’utilizzo dell’algoritmo DE modificato con approssimazione quadratica (DE-Q), per affinare il modello numerico e quindi ottenere l’identificazione dei parametri meccanici che influenzano il comportamento dinamico di una struttura reale, il ponte ferroviario metallico a Pontelagoscuro.

Abbandono del territorio e dissesto idrogeologico in Appennino bolognese: analisi delle dinamiche e degli interventi di gestione idraulico-forestale

The abandonment of less productive fields and agro-forest activities has occured in the last decades, interesting large mountain areas in all mediterranean basin. Until the fifties, agricultural practices dealt mainly with soil surface and surface runoff control systems. However, the apparent sustainability of soil use results often in contrast with historical documents, witnessing heavy hydrogeological instability, in naturally fragile areas. The research focused on the dynamics and effects of post-coltural land abandonment in a critical mountain area of the Reno River. The Reno River rappresents a typical Tuscan-Emilian Apennines Watershed where soil erosion occurs under very different conditions depending on interactions between land use, climate, geomorphology and lithology. Landslides are largely rappresented, due to the diffusion of clay hill slopes. Recent researches suggest that climatic variability will increase as a consequence of global climate change, resulting in greater frequency and intensity of extreme weather events, which could increase rates of erosion, landslides reactivations and diffusion of calanchive basins. As far as hill slopes are concerned, instability is today basically due to intrinsic factors, as the Apennine range is a rather young formation, in geological terms, and is mainly formed by sedimentary rocks with high occurrence of clays. Therefore landslides and rockfalls are very frequent, while surface soil erosion is generally low and anyway concentrated in the low Apennine, where intensive farming is still economically worth. The study, supported by GIS use, analyses the main fisical characteristics of the area and the historical changes of land use, and focalizes the dynamics of spontaneous reafforestation. Futhermore, the research studies the results of soil bioengineering and surface water control solutions for the restablishment of landslides occured in the last period. Infact soil bioengineering has been recently used in different situations in order to consolidate slopes and hillsides and prevent erosion; when applied, it gave good results, both in terms of engineering efficiency and vegetational development, expecially if combined with a good hydraulic control, thus proving to be an actual alternative to other techniques with heavier environmental impacts. Research into the specific site features and the use of proper plant species is vital to the success of bioengineering works.

Il giardino ritrovato. Progetto di restauro e valorizzazione del giardino di palazzo Milzetti a Faenza

Data la forte prolificazione culturale, sbocciata a Faenza all’inizio del XIX secolo, nasce intorno al 1830, nel pieno centro storico della città, un giardino di stampo romantico. Si affacciano a questo piccolo parco due edifici: uno è il convento di Santa Caterina, l’altro è il palazzo più importante per il neoclassicismo in Romagna, palazzo Milzetti. La sua forte caratteristica è un nucleo centrale costituito da ponticelli, vasche e una particolarissima piccola costruzione di legno con tetto in paglia, affrescata all’interno con tempere di Romolo Liverani, risalente al 1851. Nel passare degli anni il parco subirà notevoli modifiche e nel 1947 sarà incautamente diviso a metà, tramite una recinzione. In questo modo il complesso romantico rimarrà di proprietà non più di palazzo Milzetti, ma del circolo del Dopo Lavoro Ferroviario. Attorno a questo nucleo all’inglese verranno nel tempo costruiti molte strutture a servizio del circolo, e demolite le aiuole e il verde che un tempo caratterizzavano questo luogo. Anche il capanno di legno rimarrà per anni abbandonato e senza la manutenzione necessaria per la sua sopravvivenza. Solo nel 1981 saranno condotti i primi lavori di restauro, con l’intento di recuperare il manufatto e il suo intorno. Ma solo un decennio dopo, una grossa nevicata crea grossi danni alla copertura del capanno, il quale verrà poi protetto da una struttura in tubi metallici, esteticamente poco congrua al carattere del sito. Il progetto di restauro, che viene qui presentato, riguarda in primo luogo il recupero dell’assetto originario del giardino, eliminando quindi la barriera che separa le due parti, per far acquisire una ritrovata spazialità e una originaria interezza. Dopo un rilievo dell’area, sono state quindi esaminate, una ad una, le piante del giardino e catalogate per capirne l’importanza estetica, storica o progettuale. In questo modo è stata scelta la vegetazione che dovrà essere rimossa per creare un ambiente più lineare, pulito e organizzato. Anche per gli elementi artificiali che sono stati incautamente aggiunti, è stata pensata la rimozione: pavimentazioni, palco, campo coperto da bocce, servizi igienici. L’area è stata risarcita tenendo in considerazione il tessuto originario dell’Ottocento, caratterizzato da aiuole verdi sinuose e sentieri in ghiaia. Sono stati utilizzati materiali conformi e già presenti nel parco, come la ghiaia, pavimentazione in ciottolato e aiuole erbose, ma al tempo stesso gli elementi di nuova costruzione non si vogliono del tutto mimetizzare con il resto ma denunciare, anche se sottovoce, la loro contemporaneità. Come secondo passo, si è pensato al restauro del capanno rustico. La prima necessaria operazione è stata quella di compiere il rilievo del manufatto e capire così in che modo fosse possibile intervenire. Il lavoro è stato quindi condotto su due registri: il primo quello dell’analisi dello stato di conservazione dei materiali, l’altro per capire la sua resistenza strutturale. Grazie ad un restauratore del legno, si è compreso quali trattamenti fossero più idonei, a seconda dell’essenza, dell’età e della collocazione. Per quanto riguarda la verifica strutturale si è giunti alla conclusione che l’edificio non è in uno stato di rischio e che quindi è necessaria la sola sostituzione degli elementi della copertura, ormai deteriorata. Proprio lo stato terminale del tetto, in paglia, è in condizioni precarie ed è necessario sostituirlo. Per quel che riguarda il complesso romantico, vengono ristuccate e impermeabilizzate le vasche e vengono poi sostituiti i parapetti lignei con altri che si avvicinano maggiormente alle forme riprodotte nella tela di Tancredi Liverani (1851) dove immortala l’edificio subito dopo la sua costruzione. Il nuovo progetto non vuole essere un intervento invasivo, ma desidera invece riprendere le linee e i punti di vista di un parco in stile romantico. Come infatti è noto, sono gli scorci, le pause e i percorsi le fondamenta del progetto, che vuole ridare a Faenza un’ area verde nel suo pieno centro storico.

La gestione dell'acqua come oggetto d'indagine per la ricostruzione delle dinamiche insediamentali e delle trasformazioni del territorio. Il caso di Samarcanda nella Media Valle dello Zeravshan (Uzbekistan)

The Project dealt with the development of settlement pattern and the irrigation system in Samarkand oasis. The main topic of the research is the dating of the Dargom canal, the main water supply of Samarkand in the ancient times as well as today. The Project provided a new hypothesis on the chronology of Dargom, dated back to the Early centuires of the Current Era, in relation with the different phases of the settlement patterns. The researches were carried out with several international teams and schoalrs belonging to several disciplines.