Performance evaluation of low environmental impact asphalt concretes using the mechanistic empirical design method based on laboratory fatigue and permanent deformation models

The "sustainability" concept relates to the prolonging of human economic systems with as little detrimental impact on ecological systems as possible. Construction that exhibits good environmental stewardship and practices that conserve resources in a manner that allow growth and development to be sustained for the long-term without degrading the environment are indispensable in a developed society. Past, current and future advancements in asphalt as an environmentally sustainable paving material are especially important because the quantities of asphalt used annually in Europe as well as in the U.S. are large. The asphalt industry is still developing technological improvements that will reduce the environmental impact without affecting the final mechanical performance. Warm mix asphalt (WMA) is a type of asphalt mix requiring lower production temperatures compared to hot mix asphalt (HMA), while aiming to maintain the desired post construction properties of traditional HMA. Lowering the production temperature reduce the fuel usage and the production of emissions therefore and that improve conditions for workers and supports the sustainable development. Even the crumb-rubber modifier (CRM), with shredded automobile tires and used in the United States since the mid 1980s, has proven to be an environmentally friendly alternative to conventional asphalt pavement. Furthermore, the use of waste tires is not only relevant in an environmental aspect but also for the engineering properties of asphalt [Pennisi E., 1992]. This research project is aimed to demonstrate the dual value of these Asphalt Mixes in regards to the environmental and mechanical performance and to suggest a low environmental impact design procedure. In fact, the use of eco-friendly materials is the first phase towards an eco-compatible design but it cannot be the only step. The eco-compatible approach should be extended also to the design method and material characterization because only with these phases is it possible to exploit the maximum potential properties of the used materials. Appropriate asphalt concrete characterization is essential and vital for realistic performance prediction of asphalt concrete pavements. Volumetric (Mix design) and mechanical (Permanent deformation and Fatigue performance) properties are important factors to consider. Moreover, an advanced and efficient design method is necessary in order to correctly use the material. A design method such as a Mechanistic-Empirical approach, consisting of a structural model capable of predicting the state of stresses and strains within the pavement structure under the different traffic and environmental conditions, was the application of choice. In particular this study focus on the CalME and its Incremental-Recursive (I-R) procedure, based on damage models for fatigue and permanent shear strain related to the surface cracking and to the rutting respectively. It works in increments of time and, using the output from one increment, recursively, as input to the next increment, predicts the pavement conditions in terms of layer moduli, fatigue cracking, rutting and roughness. This software procedure was adopted in order to verify the mechanical properties of the study mixes and the reciprocal relationship between surface layer and pavement structure in terms of fatigue and permanent deformation with defined traffic and environmental conditions. The asphalt mixes studied were used in a pavement structure as surface layer of 60 mm thickness. The performance of the pavement was compared to the performance of the same pavement structure where different kinds of asphalt concrete were used as surface layer. In comparison to a conventional asphalt concrete, three eco-friendly materials, two warm mix asphalt and a rubberized asphalt concrete, were analyzed. The First Two Chapters summarize the necessary steps aimed to satisfy the sustainable pavement design procedure. In Chapter I the problem of asphalt pavement eco-compatible design was introduced. The low environmental impact materials such as the Warm Mix Asphalt and the Rubberized Asphalt Concrete were described in detail. In addition the value of a rational asphalt pavement design method was discussed. Chapter II underlines the importance of a deep laboratory characterization based on appropriate materials selection and performance evaluation. In Chapter III, CalME is introduced trough a specific explanation of the different equipped design approaches and specifically explaining the I-R procedure. In Chapter IV, the experimental program is presented with a explanation of test laboratory devices adopted. The Fatigue and Rutting performances of the study mixes are shown respectively in Chapter V and VI. Through these laboratory test data the CalME I-R models parameters for Master Curve, fatigue damage and permanent shear strain were evaluated. Lastly, in Chapter VII, the results of the asphalt pavement structures simulations with different surface layers were reported. For each pavement structure, the total surface cracking, the total rutting, the fatigue damage and the rutting depth in each bound layer were analyzed.

Sintesi di immagini realistiche mediante l'uso del Photon differentials come estensione del Photon mapping

Questa tesi intende presentare una tecnica per la sintesi di immagini realistiche al calcolatore basata sul concetto di particle tracing. Il metodo proposto opera una stima sulla densità locale dei fotoni estendendo il concetto del photon differentials anche alla gestione delle riflessioni diffusive. Si è scelto di implementare il nuovo algoritmo di illuminazione globale all’interno di XCModel come estensione del photon mapping.

Efficienza e sicurezza nella riqualificazione del comparto nord ovest in Parma

A partire dallo studio del masterplan di progetto urbano dello studio Mbm di Bohigas, per la riqualificazione del quadrante Nord-Ovest della città di Parma, viene formulata una proposta alternativa con l'approfondimento di un lotto adiacente al Torrente Parma. Si sviluppa il progetto di un edificio polifunzionale a contatto con il parco urbano e con il parco fluviale, di una piazza e di una passerella ciclopedonale che congiunge le sponde del torrente Parma. la progettazione segue i temi della sostenibilità e del risparmio energetico con l'impiego di sistemi solari, facciata ventilata, sistemi geoterici e fitodepurazione. Si approfondiscono temi quali i sistemi di controllo dell' edificio e la domotica, volti al risparmio energetico, di gestione e alla sicurezza. Le conclusioni volgono lo sguardo alla situazione del mercato nazionale e europeo in termini di valutazione del valore dell'immobile e della sua commerciabilità.

Il censimento degli elementi vulnerabili in un'area a rischio di incidente rilevante

Il territorio di Ferrara è caratterizzata da un’area ad elevata concentrazione di stabilimenti a rischio di incidente rilevante e dalla movimentazione di ingenti quantitativi di sostanze pericolose sulla rete stradale, ferroviaria ed in condotta. Basti pensare che nel solo Comune di Ferrara sono ben 5 le aziende che, per tipologia e quantità di sostanze presenti, rientrano nel campo di applicazione del D.Lgs. 334/99 (“Attuazione delle direttiva 96/82/CE relativa al controllo dei pericoli di incidenti rilevanti connessi con determinate sostanze pericolose”). Per questo motivo, il 24 febbraio 2012 è stato sottoscritto a Ferrara il protocollo d’intesa per l’avvio dello Studio di Sicurezza Integrato d’Area (SSIA) del polo chimico ferrarese da parte della Regione Emilia Romagna, dell’Agenzia Regionale di Protezione Civile, del Comune e della Provincia di Ferrara, dell’Ufficio Territoriale del Governo, della Direzione Regionale dei Vigili del Fuoco, dell’Agenzia Regionale Prevenzione e Ambiente e delle stesse aziende del polo chimico. L’Università di Bologna, tramite il Dipartimento di Ingegneria Chimica, Mineraria e delle Tecnologie Ambientali presso il quale è stato svolto il presente lavoro di tesi, prende parte al Consiglio Scientifico ed al Comitato Tecnico del SSIA, aventi funzioni di direzione e di gestione operativa della ricerca. Il progetto è modellato sulla precedente esperienza realizzata in regione per il polo industriale di Ravenna (progetto ARIPAR), la cui validità è stata ampiamente riconosciuta a livello nazionale ed internazionale. L’idea alla base dello studio deriva dal fatto che per avere un quadro della situazione in un’area così complessa, è necessario non solo valutare l’insieme dei rischi presenti, ma anche le loro correlazioni e le conseguenze sul territorio di riferimento. In un’analisi di rischio d’area risulta di primaria importanza l’analisi della vulnerabilità del territorio circostante il sito industriale, in quanto scenari attesi di danno di pari severità assumono una differente valenza in relazione all’effettiva presenza di bersagli nell’area di interesse. Per tale motivo il presente lavoro di tesi ha avuto l’obiettivo di istruire il censimento della vulnerabilità del territorio di Ferrara, con riferimento ai bersagli “uomo”, “ambiente” e “beni materiali”. In primo luogo si è provveduto, sulla base delle distanze di danno degli scenari incidentali attesi, a definire l’estensione dell’area in cui effettuare il censimento. Successivamente si è approfondito il censimento della vulnerabilità del bersaglio “uomo”, prendendo in considerazione sia la popolazione residente, sia i centri di vulnerabilità localizzati all’interno dell’area potenzialmente interessata da incidenti rilevanti. I centri di vulnerabilità non sono altro che luoghi ad elevata densità di persone (ad esempio scuole, ospedali, uffici pubblici, centri commerciali), spesso caratterizzati da una maggiore difficoltà di evacuazione, sia per l’elevato numero di persone presenti sia per la ridotta mobilità delle stesse. Nello specifico si è proceduto alla creazione di un database (grazie all’utilizzo del software ArcView GIS 3.2) di tutti i centri di vulnerabilità presenti, ai quali è stato possibile associare una precisa localizzazione territoriale ed altri dati di carattere informativo. In una fase successiva dello SSIA sarà possibile associare ai centri di vulnerabilità le relative categorie di popolazione, indicando per ciascuna il numero dei presenti. I dati inseriti nel database sono stati forniti in massima parte dal Comune di Ferrara e, in misura più limitata, dall’Agenzia Regionale di Protezione Civile e dalla Camera di Commercio. Presentando spesso tali dati un’aggregazione diversa da quella necessaria ai fini dello SSIA, è stato necessario un intenso lavoro di analisi, di depurazione e di riaggregazione allo scopo di renderli disponibili in una forma fruibile per lo SSIA stesso. Da ultimo si è effettuata una valutazione preliminare della vulnerabilità dei bersagli “ambiente” e “beni materiali”. Per quanto riguarda l’ambiente, si sono messe in luce le aree sottoposte a vincoli di tutela naturalistica e quindi particolarmente vulnerabili in caso di un rilascio accidentale di sostanze pericolose. Per il bersaglio “beni materiali”, non essendo stato possibile reperire dati, si è sono evidenziate le categorie di beni da censire. In conclusione, è possibile affermare che lo studio effettuato in questo lavoro di tesi, ha consentito non solo di conseguire l’obiettivo inizialmente stabilito – l’istruzione del censimento della vulnerabilità del territorio di Ferrara - ma ha contribuito anche alla definizione di una metodologia per il censimento di aree vaste che potrà essere utilmente applicata ad altre zone del territorio nazionale.

Trasformazione di un ambiente fisico in Cyber-Physical Ecosystem

Obiettivo di questo lavoro di tesi è il perfezionamento di un sistema di Health Smart Home, ovvero un ambiente fisico (ad esempio un'abitazione) che incorpora una rete di comunicazione in grado di connettere apparecchi elettronici e servizi controllabili da remoto, con l'obiettivo di facilitare la vita ad anziani, malati o disabili nelle loro case. Questo lavoro di tesi mostrerà come è stato possibile realizzare tale sistema partendo dalle teorie e dalle tecnologie sviluppate per il Web Semantico, al fine di trasformare l'ambiente fisico in un Cyber Physical (Eco)System perfettamente funzionante.

Progettazione e implementazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili

Il progetto descritto in questo documento consiste fondamentalmente nell'integrazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili con reti di sensori e nello studio delle problematiche derivanti, vantaggi e potenziali utilizzi. La rete è stata costruita sfruttando l'insieme di protocolli per comunicazioni via radio Zigbee, particolarmente adatti per interazione tra dispositivi a basso consumo energetico e che necessitano di uno scarso tasso di trasferimento di dati. Le informazioni ottenute da sensori di varia natura sono processate da microcontrollori Arduino, scelti per la loro versatilità di utilizzo e design open source. Uno o più dispositivi sono designati per aggregare i dati rilevati dai singoli nodi in un unico pacchetto di informazioni, semanticamente correlate tra loro, quindi emetterle in broadcast su una diversa interfaccia di rete, in modo che diverse applicazioni esterne in ascolto possano riceverle e manipolarle. Viene utilizzato un protocollo specifico per la comunicazione tra i microcontrollori e le applicazioni che si interfacciano con la rete, costruito su misura per dispositivi con risorse limitate. L'applicazione context-aware che interagisce con la rete è stata sviluppata su piattaforma Android, la cui particolare flessibilità favorisce una migliore capacità di gestire i dati ottenuti. Questa applicazione è in grado di comunicare con la rete, manipolare i dati ricevuti ed eventualmente intraprendere azioni specifiche in totale indipendenza dal suo utilizzatore. Obiettivo del progetto è quello di costruire un meccanismo di interazione tra le tecnologie più adattivo e funzionale possibile.

Manhattan: progettare il margine

Un percorso di ricerca che interessa la città di New York prevede inevitabilmente nel suo sviluppo un approfondimento sulle diverse tematiche riguardanti in primis la città americana intesa in termini generali e, parallelamente, tutti quegli elementi che sono riconoscibili quali punti focali per l’isola di Manhattan. La lettura delle mappe storiche diventa un elemento fondamentale su cui basare un’analisi relativa alla crescita e al tessuto urbano; una particolare attenzione alle trasformazioni della griglia stradale che impone alla struttura della città un sistema rigido e che contemporaneamente sviluppa elementi di contraddizione al suo interno. E’ necessario quindi indagare il tema della griglia nelle città di fondazione e nelle varianti storiche. Se da un lato si è svolta una lettura storica, dall’altro viene affiancata una lettura critica, che mira principalmente all’analisi delle “crisi della regolarità”, cioè a quei punti in cui la struttura della griglia diviene più fragile o addirittura viene negata dall’assetto della città. Sulla scia delle riflessioni di Mario Gandelsonas sulle città americane, si è voluto a tracciare non solo un percorso analitico, ma anche una ricerca più personale, con il tentativo di indagare la città in relazione dicotomica rispetto alla sua architettura, riflettendo sul modo in cui l’una si interfaccia con l’altra in un rapporto di antagonismo che è andato crescendo giorno dopo giorno. Un rapporto di antagonismo, ma anche di inevitabile collaborazione tra le parti in un quadro che non è mai fisso e che coinvolge due elementi in continuo mutamento, genera un sistema di necessarie articolazioni, che non si presentano mai come una situazione stabile tra i due elementi, ma come una relazione tra due prassi che cambiano nel tempo. I temi progettuali chiave non sono frutto di una decisione preventiva, ma, viceversa, emergono come risultato della prima parte di questo lavoro. La ricerca è stata così indirizzata verso alcune questioni che sono apparse più rilevanti anche in ai fini progettuali: l’infrastruttura, approfondita mediante il caso studio del Port Authority Bus Terminal di Pier Luigi Nervi; l’edilizia sociale, che si presenta sempre con tipologie anomale rispetto al blocco newyorkese, come nel caso di Stuyvesant Town; ed i margini della città, ex zone industriali, oggi al centro del dibattito sulla riqualificazione di aree a forte potenziale naturalistico. I punti qui esaminati evidenziano e sintetizzano le problematiche del Waste Transfer previsto dall’amministrazione newyorkese nell’area sud di Manhattan.

La Ricostruzione 3D di Bologna nel XVI Secolo

Il lavoro presentato ha come oggetto la ricostruzione tridimensionale della città di Bologna nella sua fase rinascimentale. Tale lavoro vuole fornire un modello 3D delle architetture e degli spazi urbani utilizzabile sia per scopi di ricerca nell’ambito della storia delle città sia per un uso didattico-divulgativo nel settore del turismo culturale. La base del lavoro è una fonte iconografica di grande importanza: l’affresco raffigurante Bologna risalente al 1575 e situato in Vaticano; questa è una veduta a volo d’uccello di grandi dimensioni dell’intero tessuto urbano bolognese all’interno della terza cerchia di mura. In esso sono rappresentate in maniera particolareggiata le architetture civili e ecclesiastiche, gli spazi ortivi e cortilivi interni agli isolati e alcune importanti strutture urbane presenti in città alla fine del Cinquecento, come l’area portuale e i canali interni alla città, oggi non più visibili. La ricostruzione tridimensionale è stata realizzata tramite Blender, software per la modellazione 3D opensource, attraverso le fasi di modellazione, texturing e creazione materiali (mediante campionamento delle principali cromie presenti nell’affresco), illuminazione e animazione. Una parte della modellazione è stata poi testata all’interno di un GIS per verificare l’utilizzo delle geometrie 3D come elementi collegabili ad altre fonti storiche relative allo sviluppo urbano e quindi sfruttabili per la ricerca storica. Grande attenzione infine è stata data all’uso dei modelli virtuali a scopo didattico-divulgativo e per il turismo culturale. La modellazione è stata utilizzata all’interno di un motore grafico 3D per costruire un ambiente virtuale interattivo nel quale un utente anche non esperto possa muoversi per esplorare gli spazi urbani della Bologna del Cinquecento. In ultimo è stato impostato lo sviluppo di un’applicazione per sistemi mobile (Iphone e Ipad) al fine di fornire uno strumento per la conoscenza della città storica in mobilità, attraverso la comparazione dello stato attuale con quello ricostruito virtualmente.

Progetto ed implementazione di protocolli a basso consumo energetico per reti wireless

"I computer del nuovo millennio saranno sempre più invisibili, o meglio embedded, incorporati agli oggetti, ai mobili, anche al nostro corpo. L'intelligenza elettronica sviluppata su silicio diventerà sempre più diffusa e ubiqua. Sarà come un'orchestra di oggetti interattivi, non invasivi e dalla presenza discreta, ovunque". [Mark Weiser, 1991] La visione dell'ubiquitous computing, prevista da Weiser, è ormai molto vicina alla realtà e anticipa una rivoluzione tecnologica nella quale l'elaborazione di dati ha assunto un ruolo sempre più dominante nella nostra vita quotidiana. La rivoluzione porta non solo a vedere l'elaborazione di dati come un'operazione che si può compiere attraverso un computer desktop, legato quindi ad una postazione fissa, ma soprattutto a considerare l'uso della tecnologia come qualcosa di necessario in ogni occasione, in ogni luogo e la diffusione della miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e delle tecnologie di comunicazione wireless ha contribuito notevolmente alla realizzazione di questo scenario. La possibilità di avere a disposizione nei luoghi più impensabili sistemi elettronici di piccole dimensioni e autoalimentati ha contribuito allo sviluppo di nuove applicazioni, tra le quali troviamo le WSN (Wireless Sensor Network), ovvero reti formate da dispositivi in grado di monitorare qualsiasi grandezza naturale misurabile e inviare i dati verso sistemi in grado di elaborare e immagazzinare le informazioni raccolte. La novità introdotta dalle reti WSN è rappresentata dalla possibilità di effettuare monitoraggi con continuità delle più diverse grandezze fisiche, il che ha consentito a questa nuova tecnologia l'accesso ad un mercato che prevede una vastità di scenari indefinita. Osservazioni estese sia nello spazio che nel tempo possono essere inoltre utili per poter ricavare informazioni sull'andamento di fenomeni naturali che, se monitorati saltuariamente, non fornirebbero alcuna informazione interessante. Tra i casi d'interesse più rilevanti si possono evidenziare: - segnalazione di emergenze (terremoti, inondazioni) - monitoraggio di parametri difficilmente accessibili all'uomo (frane, ghiacciai) - smart cities (analisi e controllo di illuminazione pubblica, traffico, inquinamento, contatori gas e luce) - monitoraggio di parametri utili al miglioramento di attività produttive (agricoltura intelligente, monitoraggio consumi) - sorveglianza (controllo accessi ad aree riservate, rilevamento della presenza dell'uomo) Il vantaggio rappresentato da un basso consumo energetico, e di conseguenza un tempo di vita della rete elevato, ha come controparte il non elevato range di copertura wireless, valutato nell'ordine delle decine di metri secondo lo standard IEEE 802.15.4. Il monitoraggio di un'area di grandi dimensioni richiede quindi la disposizione di nodi intermedi aventi le funzioni di un router, il cui compito sarà quello di inoltrare i dati ricevuti verso il coordinatore della rete. Il tempo di vita dei nodi intermedi è di notevole importanza perché, in caso di spegnimento, parte delle informazioni raccolte non raggiungerebbero il coordinatore e quindi non verrebbero immagazzinate e analizzate dall'uomo o dai sistemi di controllo. Lo scopo di questa trattazione è la creazione di un protocollo di comunicazione che preveda meccanismi di routing orientati alla ricerca del massimo tempo di vita della rete. Nel capitolo 1 vengono introdotte le WSN descrivendo caratteristiche generali, applicazioni, struttura della rete e architettura hardware richiesta. Nel capitolo 2 viene illustrato l'ambiente di sviluppo del progetto, analizzando le piattaforme hardware, firmware e software sulle quali ci appoggeremo per realizzare il progetto. Verranno descritti anche alcuni strumenti utili per effettuare la programmazione e il debug della rete. Nel capitolo 3 si descrivono i requisiti di progetto e si realizza una mappatura dell'architettura finale. Nel capitolo 4 si sviluppa il protocollo di routing, analizzando i consumi e motivando le scelte progettuali. Nel capitolo 5 vengono presentate le interfacce grafiche utilizzate utili per l'analisi dei dati. Nel capitolo 6 vengono esposti i risultati sperimentali dell'implementazione fissando come obiettivo il massimo lifetime della rete.

Pianificazione d'emergenza per il trasporto di sostanze pericolose intorno ai siti Seveso studio di un caso reale-Polyol Belgium sprl

La prima parte del lavoro è stata dedicata a definire il contesto legislativo in cui si colloca la pianificazione d’emergenza per il trasporto di sostanze pericolose. Dopo una breve introduzione riguardante le direttive Seveso ed il loro recepimento in Italia e in Belgio, è stato effettuato un confronto tra le normative dei due Paesi, con specifico riferimento all’aspetto della pianificazione d’emergenza. Successivamente si è messa in luce l’attualità del tema degli incidenti che hanno origine durante la fase del trasporto delle sostanze pericolose, sia analizzando alcuni verificatisi negli ultimi anni in Europa, sia descrivendo le norme che regolamentano il trasporto di questa tipologia di merci. Tali norme non forniscono informazioni per gestire una situazione d’emergenza che potrebbe verificarsi durante il trasporto e non impongono la predisposizione di piani d’emergenza specifici per quest’attività. E’ proprio alla luce di questa considerazione che, tramite il presente elaborato di tesi, si è voluta mettere in evidenza l’importanza di definire un approccio metodologico a carattere generale per la pianificazione d’emergenza nel trasporto delle sostanze pericolose. Nello specifico, la metodologia utilizzata in Belgio per la pianificazione d’emergenza nell’intorno degli stabilimenti (che rappresentano delle sorgentidi rischio puntiformi) è stata estesa alle linee di trasporto (che rappresentano delle sorgenti di rischio lineari); la descrizione di questa estensione rappresenta la parte più importante e corposa dell’elaborato. Nella parte finale del lavoro la metodologia per la pianificazione d’emergenza nel trasporto è stata applicata ad un caso di studio reale, costituito da uno stabilimento della Polyol Belgium ; in particolare si sono considerati il percorso stradale e la linea ferroviaria tramite cui le materie prime (sostanze infiammabili e tossiche) arrivano all’azienda. GIANFRANCO PUSTORINO Pagina 2 L’applicazione al caso di studio ha confermato la validità della metodologia proposta. Il lavoro effettuato ha evidenziato come sia necessario colmare la lacuna legislativa che vi è in merito alla valutazione del rischio ed alla pianificazione d’emergenza nel trasporto delle sostanze pericolose ; una legislazione specifica a riguardo ridurrebbesenza dubbio l’impatto degli incidenti durante il trasporto sulla popolazione, sull’ambiente e sui beni materiali.