Effect of fiber orientation on the shear behavior of glass fiber/epoxy composites

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ipotesi di espansione lineare - Centro di ricerca avanzata per il quadrante nord dell'Alta Velocità sul Ticino.

Il progetto di tesi, inizialmente, è stato concentrato sull’approfondimento, e studio, delle problematiche relative alla costruzione delle linee ad Alta Velocità, che hanno recentemente segnato il territorio italiano, da nord a sud e da ovest ad est. Proseguendo l’analisi sul sistema ferroviario, tramite il confronto con le altre realtà europee, ho compreso quali fossero le principali criticità e doti del trasporto su ferro in Italia, che è ancora molto lontano dalla sua miglior ottimizzazione, ma che comunque, ci tengo a dire, in rapporto a ciò che succede negli altri paesi d’Europa, non è così deficitario come si è portati a pensare. L’entrata in funzione delle linee ad Alta Velocità, infatti, ha cambiato lo scenario di relazioni tra infrastruttura, città e territorio, proprio in questo ambito nasce la volontà di proporre un modello di sviluppo urbano che comprenda, nella sua pianificazione originale, città, infrastruttura ed architettura, e che anzi rivendichi l’importanza di quest’ultima nelle scelte urbanistiche, al contrario di quanto purtroppo avviene oggi. Dopo uno studio dei contesti possibili in cui inserire un progetto di questa portata, è stata individuata la zona che meglio si adatta alle premesse iniziali, ad ovest di Milano tra Novara e l’aeroporto di Milano Malpensa. Qui la scarsa razionalizzazione dei trasporti pregiudica lo sfruttamento delle potenzialità dell’aeroporto da una parte, e della nuova linea ad Alta Velocità dell’altra, così aggiungendo una nuova tratta di ferrovia ad alte prestazioni e riorganizzando trasporti e territorio, ho tentato di dare risposta alle mancanze del sistema della mobilità. In questo quadro si inserisce la città lineare studiata per dimostrare la possibile integrazione tra trasporti, città ed architettura, il modello, partendo dallo studio del blocco milanese giunge a definire un piano di tipo composto, con un asse principale in cui sono concentrate le vie di trasporto, ed una serie di assi ortogonali secondari che individuano le emergenze architettoniche, punti notevoli che devono fungere da catalizzatori. In uno di questi punti, posto in posizione baricentrica è stato collocato il centro di ricerca avanzata, in particolare è stato inserito in una zona difficilmente raggiungibile, questo per enfatizzare l’isolamento e la riservatezza che sono necessarie alla funzione. Il campus avrebbe potuto trovarsi anche in un altro punto del piano e questo non avrebbe inficiato le premesse iniziali, il progetto dell’università è solo un pretesto per dimostrare l’ipotesi prima dichiarata, l’architettura può e deve svolgere un ruolo importante nella pianificazione anche infrastrutturale.

Studio spettroscopico della reazione fotochimica solido-solido del 9,10-dinitro-antracene ad antrachinone

Questa tesi riguarda lo studio della reazione fotoindotta del 9-10 dinitroantracene (DNO2A) ad antrachinone (AQ) con l’ausilio di una tecnica spettroscopica senza precedenti nel campo. Lo studio tramite spettroscopia Raman dei fononi reticolari (variazioni fisiche) e dei modi intramolecolari (variazioni chimiche) di reagente e prodotto, simultaneamente al manifestarsi della reazione, è infatti un metodo potente, diretto, in situ e non distruttivo per studiare una reazione solido-solido che coinvolge spettacolari movimenti micro-meccanici nel cristallo singolo del reagente durante l’irraggiamento. L’ulteriore vantaggio della confocalità amplia ulteriormente il campo di applicazione di questa tecnica, permettendo un’analisi su scala spaziale inferiore al micrometro, con la possibilità di mappature a livello molecolare da confrontare con l’immagine microscopica del campione[9]. Abbiamo inoltre visto che ampie ricostruzioni strutturali avvengono nel corso della reazione. Le conseguenze, a livello microscopico, si riflettono sulla modificazione strutturale della cella elementare; quelle a livello macroscopico mostrano una sorprendente relazione fotone incidente/energia meccanica prodotta. Infine lo studio di questa reazione in celle ad alta pressione ha ampliato il corpo di conoscenze della reazione oggetto della tesi.

Ponte ad arco con impalcato metallico sospeso analisi sismica in presenza di dispositivi di isolamento

Il ponte oggetto di studio è costituito da un arco parabolico al quale è sospeso un impalcato metallico. Questo arco è costituito da due arcate che si generano da un'unica imposta in asse all'impalcato, divergono in corrispondenza della sua mezzeria, per confluire nuovamente in un unico punto, configurazione che risulta insolita rispetto alla norma, dove le due arcate solitamente hanno imposte distinte. Il sito dove si prevede di realizzare questo manufatto è una zona ad alta sismicità. Lo studio tratta dell'instabilità fuori dal piano dell'arco, e dei benefici derivanti da un isolamento dell'impalcato rispetto alla sottostruttura

Outcome respiratorio a lungo termine nei soggetti affetti da cardiopatia congenita sottoposti ad intervento cardiochirurgico

Introduction: In the last years cardiac surgery for congenital heart disease (CHD) reduced dramatically mortality modifying prognosis, but, at the same time, increased morbidity in this patient population. Respiratory and cardiovascular systems are strictly anatomically and functionally connected, so that alterations of pulmonary hemodynamic conditions modify respiratory function. While very short-term alterations of respiratory mechanics after surgery were investigated by many authors, not as much works focused on long-term changes. In these subjects rest respiratory function may be limited by several factor: CHD itself (fetal pulmonary perfusion influences vascular and alveolar development), extracorporeal circulation (CEC), thoracotomy and/or sternotomy, rib and sternal contusions, pleural adhesions and pleural fibrosis, secondary to surgical injury. Moreover inflammatory cascade, triggered by CEC, can cause endothelial damage and compromise gas exchange. Aims: The project was conceived to 1) determine severity of respiratory functional impairement in different CHD undergone to surgical correction/palliation; 2) identify the most and the least CHD involved by pulmonary impairement; 3) find a correlation between a specific hemodynamic condition and functional anomaly, and 4) between rest respiratory function and cardiopulmonary exercise test. Materials and methods: We studied 113 subjects with CHD undergone to surgery, and distinguished by group in accord to pulmonary blood flow (group 0: 28 pts with normal pulmonary flow; group 1: 22 pts with increased flow; group 2: 43 pts with decreased flow; group 3: 20 pts with total cavo-pulmonary anastomosis-TCPC) followed by the Pediatric Cardiology and Cardiac Surgery Unit, and we compare them to 37 age- and sex-matched healthy subjects. In Pediatric Pulmonology Unit all pts performed respiratory function tests (static and dynamic volumes, flow/volume curve, airway resistances-raw- and conductance-gaw-, lung diffusion of CO-DLCO- and DLCO/alveolar volume), and CHD pts the same day had cardiopulmonary test. They all were examined and had allergological tests, and respiratory medical history. Results: restrictive pattern (measured on total lung capacity-TLC- and vital capacity-VC) was in all CHD groups, and up to 45% in group 2 and 3. Comparing all groups, we found a significant difference in TLC between healthy and group 2 (p=0.001) and 3 (p=0.004), and in VC between group 2 and healthy (p=0.001) and group 1(p=0.034). Inspiratory capacity (IC) was decreased in group 2 related to healthy (p<0.001) and group 1 (p=0.037). We showed a direct correlation between TLC and VC with age at surgery (p=0.01) and inverse with number of surgical interventions (p=0.03). Reduced FEV1/FVC ratio, Gaw and increased Raw were mostly present in group 3. DLCO was impaired in all groups, but up to 80% in group 3 and 50% in group 2; when corrected for alveolar volume (DLCO/VA) reduction persisted in group 3 (20%), 2 (6.2%) and 0 (7.1%). Exercise test was impaired in all groups: VO2max and VE markedly reduced in all but especially in group 3, and VE/VCO2 slope, marker of ventilatory response to exercise, is increased (<36) in 62.5% of group 3, where other pts had anyway value>32. Comparing group 3 and 2, the most involved categories, we found difference in VO2max and VE/VCO2 slope (respectively p=0.02 and p<0.0001). We evidenced correlation between rest and exercise tests, especially in group 0 (between VO2max and FVC, FEV1, VC, IC; inverse relation between VE/VCO2slope and FVC, FEV1 and VC), but also in group 1 (VO2max and IC), group 2 (VO2max and FVC and FEV1); never in group 3. Discussion: According with literature, we found a frequent impairment of rest pulmonary function in all groups, but especially in group 2 and 3. Restrictive pattern was the most frequent alteration probably due to compromised pulmonary (vascular and alveolar) development secondary to hypoperfusion in fetal and pre-surgery (and pre-TCPC)life. Parenchymal fibrosis, pleural adhesions and thoracic deformities can add further limitation, as showed by the correlation between group 3 and number of surgical intervention. Exercise tests were limited, particularly in group 3 (complex anatomy and lost of chronotropic response), and we found correlations between rest and exercise tests in all but group 3. We speculate that in this patients hemodynamic exceeds respiratory contribution, though markedly decreased.

Sviluppo di un modulo di acquisizione dati ad elevato throughput da amplificatori per elettrofisiologia

Lo scopo dell'elaborato di tesi è la progettazione e lo sviluppo di alcuni moduli di un software per la lettura ad elevato throughput di dati da particolari dispositivi per elettrofisiologia sviluppati dall'azienda Elements s.r.l. Elements produce amplificatori ad alta precisione per elettrofisiologia, in grado di misurare correnti a bassa intensità prodotte dai canali ionici. Dato il grande sviluppo che l'azienda sta avendo, e vista la previsione di introdurre sul mercato nuovi dispositivi con precisione e funzionalità sempre migliori, Elements ha espresso l'esigenza di un sistema software che fosse in grado di supportare al meglio i dispositivi già prodotti, e, soprattutto, prevedere il supporto dei nuovi, con prestazioni molto migliori del software già sviluppato da loro per la lettura dei dati. Il software richiesto deve fornire una interfaccia grafica che, comunicando con il dispositivo tramite USB per leggere dati da questo, provvede a mostrarli a schermo e permette di registrarli ed effettuare basilari operazioni di analisi. In questa tesi verranno esposte analisi, progettazione e sviluppo dei moduli di software che si interfacciano direttamente con il dispositivo, quindi dei moduli di rilevamento, connessione, acquisizione ed elaborazione dati.

Catalizzatori per la reazione di Water Gas Shift a media ed alta temperatura

L’H2 è un vettore energetico di elevato interesse, utilizzato nell’industria chimica per la produzione di NH3 e CH3OH, oltre che per le reazioni di idrogenazione ed HDS. Un importante processo nella produzione di H2 è la reazione di Water Gas Shift (WGS), usata nel trattamento delle correnti uscenti dal reattore di Steam Reforming (SR) del metano: CO + H2O  CO2 + H2 ∆H0298K = -41,2 KJ/mol. Sulla base di precedenti lavori, sono stati sviluppati nuovi catalizzatori per la reazione WGS ad alta temperatura (HTS), alternativi ai tradizionali sistemi a base di Fe/Cr, in considerazione dei vincoli economici (elevati valori del rapporto vapore/gas secco o S/DG) ed ambientali (formazione di CrVI) di questi sistemi. Partendo da sistemi Cu/Zn/Al con un basso contenuto di rame, ottenuti da precursori tipo idrotalcite (HT), stato studiato l’effetto dell’aggiunta di piccole quantità di alcuni promotori sull’attività e stabilità dei catalizzatori ottenuti, osservando un effetto positivo sulle caratteristiche fisiche, come l’aumento dell’area superficiale e della dispersione della fase attiva. I campioni contenenti i promotori erano inoltre caratterizzati da una maggiore stabilità termica e, in alcuni casi, da un’attività catalitica superiore a quella del catalizzatore di riferimento privo di promotori. L’aggiunta di piccole quantità di alcali alla formulazione con la migliore attività portava ad un ulteriore aumento di attività e di stabilità, attribuibile ad una minore formazione di coke sulla superficie. I sistemi più interessanti potevano operare anche a bassi valori del rapporto S/DG, interessanti dal punto di vista industriale. Lo studio dell’adsorbimento di CO mediante FT-IR ha permesso di ipotizzare la possibile natura della fase attiva nei sistemi. Infine, lo studio è stato esteso a sistemi per la reazione di WGS a media temperatura (MTS), osservando anche in questo caso un positivo effetto legato all’aggiunta di promotori, con un aumento dell’attività catalitica e della stabilità con il tempo di reazione.

Studio di un generatore eolico d'alta quota

Studio di un generatore eolico d'alta quota per sfruttare i venti ad alta velocità.

Analisi ed ottimizzazione di sistemi multistadio di trattamento fumi: applicazione ad un termovalorizzatore di rifiuti urbani e speciali

Questo studio è mirato ad analizzare ed ottimizzare il consumo dei reagenti solidi impiegati da uno stabilimento di termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani e speciali (Silea S.p.A, presso Valmadrera (LC)), per abbattere le correnti acide trattate nelle due linee fumi multistadio. Dopo aver scelto quale delle due linee prendere come riferimento, per poi riportare i risultati ottenuti anche sull’altra con opportune correzioni, il lavoro è stato condotto in diverse fasi, e affiancato da un costante confronto diretto con gli ingegneri e i tecnici dello stabilimento. Una volta preso atto delle normali condizioni di funzionamento dell’impianto, si è proceduto all’esecuzione di test, mirati a quantificare l’efficienza di rimozione dell’acido cloridrico, da parte del bicarbonato di sodio e dell’innovativo sorbente dolomitico, brevettato sotto il nome: Depurcal® MG. I test sono stati suddivisi in giornate differenti in base al tipo di reattivo da analizzare (e quindi lo stadio) e programmati in modo che permettessero di correlare la conversione dell’HCl alla portata di reagente solido introdotto. Una volta raccolti i dati, essi sono stati elaborati e filtrati in base a criteri oggettivi, per poi essere analizzati con senso critico, fornendo un quadro completo sulla reale potenzialità dell’impianto. Attraverso l’utilizzo di un opportuno modello è stato possibile caratterizzarlo e individuare la migliore condizione economico-operativa per ognuno dei possibili scenari individuati.

Investigation of using waste engine oil blended with reclaimed asphalt materials to improve pavement recyclability

With the increasing importance of conserving natural resources and moving toward sustainable practices, the aging transportation infrastructure can benefit from these ideas by improving their existing recycling practices. When an asphalt pavement needs to be replaced, the existing pavement is removed and ground up. This ground material, known as reclaimed asphalt pavement (RAP), is then added into new asphalt roads. However, since RAP was exposed to years of ultraviolet degradation and environmental weathering, the material has aged and cannot be used as a direct substitute for aggregate and binder in new asphalt pavements. One material that holds potential for restoring the aged asphalt binder to a usable state is waste engine oil. This research aims to study the feasibility of using waste engine oil as a recycling agent to improve the recyclability of pavements containing RAP. Testing was conducted in three phases, asphalt binder testing, advanced asphalt binder testing, and laboratory mixture testing. Asphalt binder testing consisted of dynamic shear rheometer and rotational viscometer testing on both unaged and aged binders containing waste engine oil and reclaimed asphalt binder (RAB). Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) testing was carried out to on the asphalt binders blended with RAB and waste engine oil compare the structural indices indicative of aging. Lastly, sample asphalt samples containing waste engine oil and RAP were subjected to rutting testing and tensile strength ratio testing. These tests lend evidence to support the claim that waste engine oil can be used as a rejuvenating agent to chemically restore asphalt pavements containing RAP. Waste engine oil can reduce the stiffness and improve the low temperature properties of asphalt binders blended with RAB. Waste engine oil can also soften asphalt pavements without having a detrimental effect on the moisture susceptibility.

PERFORMANCE EVALUATION OF LLDPE/CaCO3 MODIFIERS WITH AND WITHOUT TITANATE COUPLING AGENT ON ASPHALT BINDER AND MIXTURE

The complexity and challenge created by asphalt material motivates researchers and engineers to investigate the behavior of this material to develop a better understanding, and improve the performance of asphalt pavement. Over decades, a wide range of modification at macro, meso, micro and nano scales have been conducted to improve the performance of asphalt pavement. This study was initiated to utilize the newly developed asphalt modifier pellets. These pellets consisted of different combinations of calcium carbonate (CaCO3), linear low-density polyethylene (LLDPE) and titanate coupling agent (CA) to improve the asphalt binder as well as pavement performance across a wide range of temperature and loading pace. These materials were used due to their unique characteristics and promising findings from various industries, especially as modifiers in pavement material. The challenge is to make sure the CaCO3 disperses very well in the mixture. The rheological properties of neat asphalt binder PG58-28 and modified asphalt binder (PG58-28/LLDPE, PG58-28/CaCO3, PG58-28/CaCO3/LLDPE, and PG58-28/CaCO3/LLDPE/CA), were determined using rotational viscometer (RV) test, dynamic shear rheometer (DSR) test and bending beam rheometer test. In the DSR test, the specimens were evaluated using frequency sweep and multiple shear creep recovery (MSCR). The asphalt mixtures (aggregate/PG58-28, aggregate/ PG58-28/LLDPE, aggregate/PG58-28/CaCO3, aggregate/PG58-28/LLDPE/CaCO3 and aggregate/PG58-28/LLDPE/CaCO3/CA) were evaluated using the four point beam fatigue test, the dynamic modulus (E*) test, and tensile strength test (to determines tensile strength ratio, TSR). The RV test results show that all modified asphalt binders have a higher viscosity compared to the neat asphalt binder (PG58-28). Based on the Jnr results (using MSCR test), all the modified asphalt binders have a better resistance to rutting compared to the neat asphalt binder. A higher modifier contents have resulted in a better recovery percentage of asphalt binder (higher resistance to rutting), except the specimens prepared using PECC’s modified asphalt binder (PG58-28/CaCO3/LLDPE). The BBR test results show that all the modified asphalt binders have shown comparable performance in term of resistance to low temperature cracking, except the specimen prepared using the LLDPE modifier. Overall, 5 wt% LLDPE modified asphalt binder was found to be the best asphalt binder in terms of resistance to rutting. Meanwhile, 3 wt% PECC-1CA’s modified asphalt binder can be considered as the best (in terms of resistance to thermal cracking) with the lowest mean critical cracking temperature. The appearance of CaCO3 was found useful merely in improving the resistance to fatigue cracking of asphalt mixture. However, application of LLDPE has undermined the fatigue life of asphalt mixtures. Adding LLDPE and coupling agent throughout this study does not sufficiently help in terms of elastic behavior which essential to enhance the resistance to fatigue cracking. In contrast, application of LLDPE has increased the indirect tensile strength values and TSR of asphalt mixtures, indicates a better resistance to moisture damage. The usage of the coupling agent does not change the behavior of the asphalt mixture, which could be due to imbalance effects resulted by combination of LLDPE and CaCO3 in asphalt binder. Further investigations without incorporating CaCO3 should be conducted further. To investigate the feasibility of using LLDPE and coupling agent as modifiers in asphalt pavements, more research should be conducted on different percentages of LLDPE (less than 3 wt%), and at the higher and w wider range of coupling agent content, from 3 wt% to 7 wt% based on the polymer mass.

Metodologia para aquisição de sinal elétrico e tratamento de dados em reômetros servo controlados.

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz.

RELATIONSHIP BETWEEN PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF STRAIGHT AND RECOVERED ASPHALT BINDERS FROM ONTARIO

Thermal and fatigue cracking are the major pavement distresses that contribute to a drastic reduction of the pavement’s service life and performance in Ontario. Chemical oxidation and hardening of asphalt binders deteriorates its physical properties since physical properties of asphalts depend on its chemical composition. This thesis is aimed to establish a relationship between physical and chemical properties of asphalt binders. A secondary objective is to show the strong correlation between CTOD and temperature. All recovered and straight Ministry of Transportation of Ontario (MTO) samples were investigated using conventional Superpave® test method dynamic shear rheometer (DSR) as well as improved MTO test methods such as extended bending beam rheometer (eBBR) and double-edge-notched tension (DENT) test. DENT test was conducted for all Ontario contract samples at three different temperatures based on their performance grade after three hours of thermal conditioning and compared the results in terms of essential work of fracture, plastic work of fracture and CTOD at different temperatures. Good correlation exists between CTOD and temperature according to the DENT data. X-ray fluorescence (XRF) analysis was conducted to detect the presence of heavy metals such as zinc and molybdenum believed to have originated from waste engine oil. Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR) was performed to determine the abundance of functional groups such as carbonyl, sulfoxides, polyisobutylene, etc. XRF and FTIR analysis confirmed that most of the samples contain waste engine oil and/or oxidized residues, which is believed to be a root cause of premature pavement failures.

Physical and Chemical Performance Testing of Ontario Asphalt Pavements

Thermal and fatigue cracking are the two of the major pavement distress phenomena that contribute significantly towards increased premature pavement failures in Ontario. This in turn puts a massive burden on the provincial budgets as the government spends huge sums of money on the repair and rehabilitation of roads every year. Governments therefore need to rethink and re-evaluate their current measures in order to prevent it in future. The main objectives of this study include: the investigation of fatigue distress of 11 contract samples at 10oC, 15oC, 20oC and 25oC and the use of crack-tip-opening-displacement (CTOD) requirements at temperatures other than 15oC; investigation of thermal and fatigue distress of the comparative analysis of 8 Ministry of Transportation (MTO) recovered and straight asphalt samples through double-edge-notched-tension test (DENT) and extended bending beam rheometry (EBBR); chemical testing of all samples though X-ray Fluorescence (XRF) and Fourier transform infrared analysis (FTIR); Dynamic Shear Rheometer (DSR) higher and intermediate temperature grading; and the case study of a local Kingston road. Majority of 11 contract samples showed satisfactory performance at all temperatures except one sample. Study of CTOD at various temperatures found a strong correlation between the two variables. All recovered samples showed poor performance in terms of their ability to resist thermal and fatigue distress relative to their corresponding straight asphalt as evident in DENT test and EBBR results. XRF and FTIR testing of all samples showed the addition of waste engine oil (WEO) to be the root cause of pavement failures. DSR high temperature grading showed superior performance of recovered binders relative to straight asphalt. The local Kingston road showed extensive signs of damage due to thermal and fatigue distress as evident from DENT test, EBBR results and pictures taken in the field. In the light of these facts, the use of waste engine oil and recycled asphalt in pavements should be avoided as these have been shown to cause premature failure in pavements. The DENT test existing CTOD requirements should be implemented at other temperatures in order to prevent the occurrences of premature pavement failures in future.