Dissertations / Theses on the topic 'STRUTTURE E SISTEMI DI TRASPORTO'

2006/2007
Nel corso del presente lavoro di tesi è stata presentata un’analisi delle problematiche inerenti alla schematizzazione dell’offerta di trasporto alla scala regionale, evidenziando i vantaggi derivanti da un utilizzo congiunto di modelli di simulazione e sistemi informativi. L’attività di ricerca è stata condotta nell’ambito di un accordo di collaborazione scientifica tra il Dipartimento di Costruzioni e trasporti dell’Università di Padova e la Provincia di Venezia, sul tema della progettazione ed implementazione di un sistema informativo a supporto della pianificazione e del monitoraggio del sistema dei trasporti delle persone, relativamente ad un ambito territoriale extraurbano quale quello provinciale. In particolare l’analisi ha interessato la componente relativa alla rappresentazione dell’offerta di trasporto, sia per quanto riguarda la schematizzazione topologica della rete di trasporto e la zonizzazione del territorio che per quanto concerne la valutazione prestazionale della rete mediante funzioni di costo. La realizzazione di tale sistema informativo secondo metodologie evolute proprie di ambiti disciplinari trasversali all’Ingegneria dei trasporti (sistemi informativi territoriali) è stata quindi avvalorata da un’analisi delle esigenze da considerare nel processo di schematizzazione ai fini dell’analisi trasportistica. Infatti partendo da una rete commerciale gerarchica (RC), che costituisce una fonte di dati disponibile e aggiornata periodicamente ed operando coerentemente con gli standard normativi attuali (TRANSMODEL e GDF), sono state individuate e materializzate le corrispondenze tra questa ed il grafo della rete viaria (GRV), sviluppando allo scopo specifiche procedure informatiche. Una volta realizzata la corrispondenza fra gli elementi del GRV e quelli della RC, si sono potute sfruttare in modo efficiente, ai fini dell’analisi trasportistica, le potenzialità di uno strumento quale il sistema di gestione della base di dati nella fornitura, organizzazione ed estrazione di informazioni dai dati. Non si è tralasciato inoltre di indagare e testare le possibilità di una gestione organica ed unitaria delle varie schematizzazioni ed elaborazioni relative ad uno stesso contesto territoriale (ad esempio grafo del trasporto privato e grafo del trasporto pubblico). L’analisi delle funzioni di prestazione da associare agli archi del grafo è partita da una ricognizione delle formulazioni presenti in letteratura (e dal confronto metodi e valori proposti dall’HCM). Tale analisi ha permesso di constatare come le formulazioni utilizzate provengano da approcci in buona parte empirico-induttivi, privi di una modellizzazione del fenomeno basata su di un procedimento rigorosamente deduttivo. Le ragioni di tale lacuna sono molteplici. Innanzitutto la teoria del deflusso non presenta, in generale, i livelli di accuratezza descrittiva riscontrabili in altri campi (fisica meccanica, termodinamica ecc.). Ciò è dovuto alla presenza di caratteristiche di eterogeneità ed aleatorietà difficilmente eliminabili, soprattutto nel caso di rappresentazioni aggregate. Soprattutto in contesti come quelli dell’Area Centrale Veneta, caratterizzata da un’urbanizzazione diffusa, la frammentarietà delle caratteristiche della viabilità secondaria rendono problematica la descrizione del fenomeno sulla base di poche grandezze, relativamente alle quali si possa ipotizzare di disporre informazioni per tutti gli elementi della rete. Infatti in una visione a livello macroscopico del deflusso veicolare tali caratteristiche di eterogeneità (interna alle grandezze utilizzate come variabili esplicative) si traducono in componenti significative di varianza non spiegata. D’altra parte l’assunzione di un tale punto di vista risulta necessaria nell’analisi del sistema di trasporto nel suo complesso, in particolar modo nel caso della modellizzazione a scala regionale. Inoltre si deve considerare che le funzioni di costo, oltre a rappresentare in maniera realistica le prestazioni dell’arco al variare del flusso, devono rispondere alle esigenze poste dal loro utilizzo negli algoritmi di assegnazione. Occorre poi tener presente che il livello di tolleranza, spesso piuttosto ampio, è legato a quello più generale accettato nel processo di determinazione dei flussi e dei percorsi scelti dagli utenti nella rete. Da un punto di vista pragmatico appare pertanto, in molti casi, sostanzialmente inutile oltre che gravoso e non sostenibile in termini di requisiti informativi spingere l’analisi verso modellizzazioni particolarmente raffinate ed articolate. Pertanto, nell’ambito del processo di modellizzazione, la mancanza di una caratterizzazione ed interpretazione, unitamente all’esigenza di una rappresentazione semplificata, aumenta l’importanza relativa delle fasi di calibrazione e attribuzione agli archi delle funzioni di costo. É stata quindi elaborata una metodologia di classificazione funzionale degli archi della rete sulla base delle informazioni provenienti dalla banca dati Multinet in modo da rendere maggiormente efficiente la fase di calibrazione delle funzioni di costo. Va osservato come la classificazione sia stata effettuata su un numero limitato di informazioni. L’integrazione con altre fonti dati (come il Catasto Stradale), nel caso del presente studio non disponibili, e/o un arricchimento del contenuto informativo nelle prossime versioni della banca dati potranno portare ad un notevole miglioramento dell’efficacia del metodo. Nell’ambito dello studio è stata effettuata la calibrazione di funzioni di costo, segnatamente del tipo “BPR”, per alcuni archi campione delle classi di archi definite. Allo scopo sono stati realizzati diversi rilievi sia su sezione che su tratta: la metodologia di rilievo su sezione, pur consentendo un facile approvvigionamento dei dati, pone il problema della rappresentatività del dato rilevato su sezione, allorquando lo si riferisca ad un intero arco della rete. Per ovviare a tali inconvenienti si è quindi proceduto alla realizzazione di rilievi su tratta; tuttavia tali rilievi hanno comportato diverse difficoltà operative ed interpretative. Pertanto, date le problematiche insite nei vari metodi, si ritiene auspicabile l’utilizzo di un approccio integrato, includendo il metodo del veicolo sonda, che, oggigiorno, si può avvalere delle possibilità offerte dalla tecnologia GPS. Sviluppi futuri della ricerca potranno consentire di espandere il campione di calibrazione ed estendere l’analisi ad altre forme funzionali. Ulteriori spunti di approfondimento riguardano l’analisi delle condizioni di stazionarietà, relativamente agli intervalli temporali di riferimento e l’influenza di diverse tipologie di veicoli e dei flussi in archi diversi da quello considerato (funzioni non separabili) sulle modalità del deflusso. In tal senso risulterà particolarmente efficace l’impiego delle funzionalità del sistema informativo proposto nel porre in relazione i diversi elementi di interesse.
XX Ciclo
1976

2010/2011
Nello studio dei sistemi di trasporto l’acquisizione e l’utilizzo di informazioni corrette e aggiornate sullo stato dei sistemi rappresentano da sempre elementi di centrale importanza per la produzione di analisi adeguate ed affidabili. Sfortunatamente in molti ambiti applicativi le informazioni disponibili per le analisi sono invece spesso carenti o di bassa qualità, e il loro utilizzo si traduce in risultati affetti da elevata incertezza e talvolta di dubbia validità. I processi di evoluzione tecnologica che interessano campi quali l’informatica, l’elettronica e le telecomunicazioni stanno rendendo progressivamente più semplice e conveniente l’acquisizione di rilevanti quantità di dati di interesse per le analisi trasportistiche, sia tradizionalmente raccolti per studi trasportistici (ad esempio dati di traffico rilevati su tronchi stradali) sia non direttamente connessi ad un uso trasportistico (ad esempio segnali Bluetooth e GPS provenienti da dispositivi di telefonia mobile). Tuttavia in molti casi l’ampia disponibilità di dati, soprattutto nel secondo caso, non si traduce in immediata spendibilità applicativa. I dati sono infatti spesso disomogenei dal punto di vista informativo, caratterizzati da una qualità non necessariamente elevata e spesso richiedono onerosi processi di verifica e validazione. In questi particolari contesti l’applicazione di tecniche di Data Mining può dimostrarsi una soluzione indubbiamente vantaggiosa. Esse infatti, per loro intrinseca natura, rendono possibile la gestione efficace di grandi quantità di dati e la produzione di risultati sempre più robusti all’aumentare delle dimensioni della base di dati disponibile. Sulla base di queste considerazioni questo lavoro di tesi si è concentrato in primo luogo su un’attenta revisione delle più consolidate tecniche di Data Mining, individuando gli ambiti applicativi, nel campo dei trasporti, in cui esse possono rappresentare dei validi strumenti di analisi. Con il termine Data Mining si fa riferimento al processo di estrazione dell’informazione presente in un certo insieme di dati, finalizzato ad individuare relazioni “nascoste” nei dati stessi o comunque a sintetizzare in modalità nuove la visione su di essi. Esso rappresenta una parte di un più ampio processo di estrazione della conoscenza, che inizia con un’accurata selezione e trasformazione dei dati disponibili (come detto i dati sottoposti a “mining” sono spesso raccolti con altri obiettivi) e si conclude con un’attenta interpretazione e valutazione dei risultati. Uno schema di classificazione generalmente accettato suddivide le tecniche di Data Mining in sei categorie in rapporto alla funzione considerata: stima (reti neurali, modelli di regressione, alberi decisionali), previsione (reti neurali, alberi decisionali), classificazione (k-nearest neighbour, alberi decisionali, reti neurali), raggruppamento (tecniche di clustering, Self-Organising-Maps), associazione (regole di associazione) e descrizione (regole di associazione, clustering, alberi decisionali). Nel presentare un quadro d’insieme dell’ampia letteratura esistente in materia, uno specifico rilievo è stato dato alle più consolidate tecniche di classificazione, raggruppamento e associazione, in quanto maggiormente impiegate nei diversi contesti applicativi. Successivamente è stato tracciato uno stato dell’arte per ciò che attiene le applicazioni in ambito trasportistico. In tal senso la revisione dei lavori prodotti ha evidenziato la notevole flessibilità d’uso di queste tecniche e la loro crescente diffusione applicativa. Molti sono infatti i filoni di ricerca che hanno beneficiato di queste tecniche innovative; tra questi nel lavoro di tesi si sono evidenziati alcuni tra i più interessanti: la previsione a breve termine dei flussi di traffico da dati storici o in real-time (traffic forecasting), l’identificazione e la quantificazione dei fattori che influenzano i fenomeni di incidentalità, l’analisi di sistemi di gestione delle pavimentazioni stradali e di sistemi di monitoraggio del traffico. La seconda parte della tesi si è invece focalizzata su un’applicazione delle tecniche di Data Mining allo studio del funzionamento di un sistema viario, attraverso una revisione critica della Procedura FHWA (Federal Highway Administration) per il monitoraggio del traffico stradale. La scelta di questo filone di ricerca è data dal fatto che la raccolta di informazioni sui volumi di traffico è un aspetto rilevante nell’attività di pianificazione dei trasporti (ambito stradale), quale componente significativa del processo conoscitivo. D’altra parte i costi legati alla gestione dei sistemi di monitoraggio, sia per attrezzature che per personale, richiedono una crescente attenzione alla loro progettazione, al fine di ottenere la massima qualità dei risultati. Negli Stati Uniti la FHWA definisce periodicamente alcune linee guida per migliorare questi aspetti attraverso la Traffic Monitoring Guide (2001) e ha raggiunto progressivamente un ruolo di riferimento per altre agenzie dello stesso tipo in altre parti del mondo, Italia compresa. Tale procedura è basata sull’uso congiunto di rilievi di diversa durata (rilievi in continuo con strumenti fissi e rilievi di breve durata con apparecchiature portatili) ed è finalizzata principalmente alla stima del Traffico Giornaliero Medio Annuo (Annual Average Daily Traffic, AADT). L’analisi della letteratura esistente ha individuato la lacuna principale della procedura FHWA nella determinazione dei gruppi tipologici di strade sulla base dei profili temporali di traffico e nell’assegnazione delle sezioni monitorate con rilievi di breve durata a questi gruppi. L’approccio elaborato si è pertanto posto l’obiettivo di migliorare la procedura relativamente a questi due aspetti rilevanti. Per trattare l’esistenza di situazioni di incerta attribuzione di una sezione stradale ad un certo gruppo tipologico, specie quando non è semplice fornire una chiara definizione in termini trasportistici (ad esempio strada “pendolare” o “turistica”), sono state adottate tecniche di Fuzzy Clustering, garantendo un’opportuna trattazione formale del problema. Per quanto concerne il secondo aspetto, le sezioni non monitorate in continuo vengono inserite nel gruppo tipologico più simile rispetto ai profili temporali di traffico osservati. Per effettuare l’assegnazione di queste sezioni ai gruppi tipologici, l’approccio proposto ha utilizzato una Rete Neurale Artificiale, opportunamente progettata per mantenere l’incertezza presente nella fase di creazione dei gruppi fino alla fine del processo. L’output della rete è infatti rappresentato dall’insieme delle probabilità di appartenenza del rilievo di breve durata ai diversi gruppi tipologici ed è interpretato utilizzando la teoria di Dempster-Shafer. Le misure di incertezza associate all’output (indici di non-specificità e discordanza) permettono di descrivere sinteticamente la qualità dell’informazione disponibile. L’approccio proposto è stato implementato considerando i dati di monitoraggio provenienti dal programma SITRA (Sistema Informativo TRAsporti) della Provincia di Venezia. Rispetto all’ambito applicativo di interesse è stata verificata la validità dell’approccio, confrontando i risultati ottenuti nella stima dell’AADT con precedenti approcci proposti in letteratura. L’analisi comparativa dei risultati ha permesso di rilevare una migliore accuratezza delle stime e soprattutto la possibilità, assente nei precedenti approcci, di evidenziare eventuali carenze informative (dovute all’esiguo numero di dati) e la necessità di procedere con ulteriori rilievi di traffico. I risultati positivi ottenuti in questa fase sperimentale hanno permesso di avviare il progetto per la realizzazione di uno strumento software di immediata spendibilità applicativa
In the study of transportation systems, the collection and the use of correct information of the state of the system represent a central point for the development of reliable and proper analyses. Unfortunately in many application fields information is generally obtained using limited, scarce and low-quality data and their use produces results affected by high uncertainty and in some cases low validity. Technological evolution processes which interest different fields, including Information Technology, electronics and telecommunications make easier and less expensive the collection of large amount of data which can be used in transportation analyses. These data include traditional information gathered in transportation studies (e.g. traffic volumes in a given road section) and new kind of data, not directly connected to transportation needs (i.e. Bluetooth and GPS data from mobile phones). However in many cases, in particular for the latter case, this large amount of data cannot be directly applied to transportation problems. Generally there are low-quality, non-homogeneous data, which need time consuming verification and validation process to be used. Data Mining techniques can represent an effective solution to treat data in these particular contexts since they are designed to manage large amount of data producing results whose quality increases as the amount of data increases. Based on these facts, this thesis first presents a review of the most well-established Data Mining techniques, identifying application contexts in transportation field for which they can represent useful analysis tools. Data mining can be defined as the process of exploration and analysis which aims to discover meaningful patterns and ‘’hidden’’ rules in the set of data under analysis. Data Mining could be considered a step of a more general Knowledge Discovery in Databases Process, which begins with selection, pre-processing and transformation of data (“mined” data are generally collected for reasons different from the analysis) and is completed with the interpretation and evaluation of results. A classification scheme generally accepted identifies six categories of DM techniques, which are related to the objective one would achieve from the analysis: estimation (neural networks, regression models, decision trees), prediction (neural networks, decision trees), classification (k-nearest neighbor, decision trees, neural networks), clustering (clustering techniques, Self-Organizing-Maps), affinity grouping or association (association rules) and profiling (association rules). In the review of the wide literature concerning Data Mining methods, particular attention has been devoted to the well-established technique of clustering, classification and association, since they are the most applied in different application contexts. The literature review process has been further extended to Data Mining applications in the transportation field. This review highlights the great flexibility of use of these techniques and the increasing number of applications. Many research topics have taken advantages of these innovative tools and some of them are presented due to their interest: short-term traffic flow forecasting from historical and real-time data, identification and quantification of factor risks in accident analysis, analysis of pavement management systems and traffic monitoring systems. The second part of the thesis has focused on the application of Data Mining techniques to road system analysis, through a critical review of U.S. Federal Highway Administration (FHWA) traffic monitoring approach. The choice of this topic is due to the fact that traffic monitoring activities represent a relevant aspect of highway planning activities, as a part of the knowledge process. However data collection activities produce relevant management costs, both for equipment and personnel, therefore monitoring programs need to be designed with attention to obtain the maximum quality of results. In the U.S.A., the Federal Highway Administration (FHWA) provides guidance for improving these aspects by way of its Traffic Monitoring Guide (TMG) (FHWA, 2001), which has a reference role for other similar agencies in the world. The FHWA procedure is based on two types of counts (short duration counts taken with portable traffic counters and continuous counts taken with fixed counters) and has the main objective of determine the Annual Average Daily Traffic (AADT). Critical review of literature on this topic has pointed out that the most critical aspects of this procedure are the definition of road groups based on traffic flow patterns and the assignment of a section to a road group using short counts. The proposed approach has been designed to solve both issues. The first issue is related to situations for which road section could belong to more than one road group, and the groups cannot be easily defined in transportation terms, (e.g. “commuter road”, “recreational road”). The proposed approach introduces Fuzzy Clustering techniques, which adopt an analytical framework consistent with this kind of uncertainty. Concerning the second issue, road sections monitored with short counts are assigned to the road group with more similar traffic patterns. In the proposed approach an Artificial Neural Network is implemented to assign short counts to roads groups. The Neural network is specifically designed to maintain the uncertainty related to the definition of road groups until the end of the estimation process. In fact the output of the Neural Network are the probabilities that the a specific short counts belongs to the road groups. These probabilities are interpreted using the Dempster-Shafer theory; measures of uncertainty related to the output (indices of non-specificity and discord) provide an assessment of the quality of information in a synthetic manner. The proposed approach have been implement on a case study, using traffic data from SITRA (Sistema Informativo TRAsporti) monitoring program of the Province of Venice. In this specific context the approach has been validated and the results obtained (AADT estimates) from the proposed method have been compared with those obtained by two approaches proposed in previous studies. The comparative analysis highlights that the proposed approach increases the accuracy of estimates and gives indication of the quality of assignment (depending on sample size) and suggests the need for additional data collection. The positive results obtained in the experimental phase of the research have led to the design of a software tool to be used in next future in real world applications.
XXIV Ciclo
1983

2011/2012
L’argomento trattato nella ricerca verte sul tema della modellazione del legame fra incidentalità stradale e caratteristiche dell’infrastruttura. L’attività di ricerca ha puntato allo sviluppo, nel contesto italiano, di un modello analitico per la previsione del livello di incidentalità atteso su tronchi omogenei di strade extraurbane, legandolo a indicatori delle caratteristiche geometriche, ambientali e di traffico di tali tronchi. Inizialmente sono stati passati in rassegna i principali modelli di previsione proposti a livello internazionale, tra cui la prima versione dell’Highway Safety Manual (HSM). Parallelamente si è analizzato il software IHSDM, con particolare attenzione al modulo CPM (Crash Prediction Module). Si è quindi cercato di testare l’applicabilità al contesto italiano di tale modulo, studiando l’incidentalità di due tronchi stradali della rete regionale del Friuli Venezia Giulia. Il test ha messo in evidenza i limiti di trasferibilità del modello statunitense alla realtà italiana. L’analisi della letteratura esistente ha permesso di individuare i principali aspetti da considerare nell’elaborazione di un modello previsionale dell’incidentalità (tecniche di regressione, approcci metodologici, distribuzione di probabilità, forme funzionali, variabili esplicative, indicatori di bontà del modello). Una volta verificata la disponibilità di dati nella realtà italiana e accertata la possibilità di utilizzare gli stessi, sono state definite le procedure per la scelta del campione. In un primo tempo si è testata la metodologia individuata su un campione di dati di dimensioni limitate (circa 20 tronchi stradali in ambito extraurbano), ricercando eventuali relazioni fra il fenomeno accidentogeno, l’entità dei flussi veicolari e alcuni parametri geometrici caratteristici del singolo tronco stradale. Per questo studio preliminare il campione è stato suddiviso in tronchi omogenei sulla base del solo andamento planimetrico. Per l’implementazione del modello è stata utilizzata la tecnica delle regressioni lineari generalizzate, adottando come distribuzione statistica della variabile indipendente quella di Poisson. Il test è stata l’occasione per l’approfondimento degli strumenti software da utilizzare per la modellazione statistica. Dal momento che tale test ha fornito risultati confortanti, nel prosieguo dell’attività la ricerca è stata portata avanti secondo le stesse modalità, ponendosi come obbiettivo un sostanzioso ampliamento del campione di studio. A tale scopo l’analisi è stata estesa alla regione Veneto, andando a reperire dati utili presso le varie Amministrazioni. Oltre a questo si è provveduto ad effettuare due campagne di monitoraggio del traffico (estiva ed invernale) sulla rete regionale (ex statale) del Friuli Venezia Giulia. Grazie alla concessione accordata da Friuli Venezia Giulia Strade S.p.A. e da diverse Amministrazioni Comunali, durante tali campagne (durate complessivamente 5 mesi) sono stati rilevati i flussi veicolari su circa 30 sezioni stradali. In questo modo si è potuto disporre di un campione di estensione complessiva pari a quasi 300 km di rete extraurbana. Su tale campione, suddiviso in tronchi omogenei sulla base del medesimo criterio adottato nello studio preliminare, si è tentato di mettere a punto un modello considerando svariati indici legati alla geometria dell’asse stradale, mediante la stessa tecnica di regressione adottata in precedenza. I risultati forniti dall’analisi si sono rivelati poco significativi. È stata quindi rivista integralmente la metodologia di suddivisione in tronchi omogenei, effettuando la messa a punto dei modelli su due diverse basi di dati. La prima ha considerato soli tronchi stradali di lunghezza pari ad un chilometro, mentre il secondo ha preso in considerazione tratti di lunghezza variabile (mediamente pari a circa 3 km). In entrambi i casi sono stati introdotti dei criteri di suddivisione dei tronchi (criteri di omogeneità) più rigorosi rispetto alla prima analisi, andando a considerare l’altimetria della strada e fattori di carattere ambientale. Contestualmente alla definizione di tali criteri è stata proposta l’applicazione di una metodologia statistica per la verifica sistematica ed oggettiva dell’omogeneità planimetrica della linea d’asse. L’analisi di regressione è stata effettuata assumendo una distribuzione statistica della variabile indipendente di tipo Binomiale Negativa, che rispetto alla distribuzione di Poisson presenta dei vantaggi nella modellazione dell’overdispersion. Le analisi statistiche hanno prodotto risultati di particolare interesse in termini applicativi. I modelli risultanti mostrano una buona correlazione tra le variabili individuate e il fenomeno accidentogeno. Inoltre grazie all’utilizzo di variabili esplicative di facile determinazione, essi risultano applicabili con facilità alla realtà italiana, proponendosi come strumenti di supporto all’analisi di sicurezza, sia nel caso di nuove infrastrutture stradali che in quello di strade esistenti. Combinando i risultati del modello con lo storico di incidentalità registrato è possibile produrre valutazioni più attendibili dell’incidentalità attesa caratteristica del tronco stradale, da cui una stima più rigorosa del beneficio derivante da un possibile intervento di adeguamento.
XXIV Ciclo
1983

2010/2011
Recentemente, la richiesta architettonica sempre più spinta di trasparenza e luminosità ha favorito la diffusione nell’edilizia del vetro come materiale da costruzione. Sebbene si tratti di un materiale ancora poco conosciuto rispetto ad altri materiali convenzionali, il vetro trova, infatti, ampia applicazione nelle realizzazioni strutturali più innovative. Anche se le soluzioni architettoniche proposte trovano ampio consenso, spesso la difficoltà principale consiste nel dimensionare adeguatamente tali elementi e nel preservarne l’integrità da eventuali fenomeni di instabilità. Con riferimento a questo tema, nella presente tesi vengono proposte alcune significative formulazioni analitiche per la verifica di stabilità di elementi in vetro monolitico, stratificato o vetro-camera, con particolare attenzione per il comportamento di travi compresse, travi inflesse, pannelli sottoposti a compressione nel piano o taglio nel piano. Allo stesso tempo, viene studiato il comportamento di facciate in vetro-acciaio sottoposte a carico da esplosione, con riferimento specifico a due tipologie di facciata note come facciate continue a lastre indipendenti, controventate da un sistema di cavi pretesi, e facciate a pannelli, nelle quali le lastre di vetro sono sostenute da un telaio metallico di supporto. Per ciascuna tipologia di facciata, vengono evidenziate le criticità dovute a carichi da esplosione di varia intensità mediante opportuni modelli numerici. Inoltre, viene analizzato l’effetto di eventuali dispositivi in grado di mitigarne le componenti principali assorbendo e/o dissipando parte dell’energia d’ingresso associata all’evento esplosivo.
Recently, due to aesthetic and architectural requirements of transparency and lightness, the use of glass as a structural material showed a strong increase. Although its load carrying behavior is actually not well-known, glass finds large application in modern and innovative buildings. Nevertheless, the main difficulties are related to the proper design of these structural elements and in the preservation of their integrity, avoiding possible buckling phenomena. In this context, this Doctoral Thesis proposes a series of interesting analytical formulations suitable for the buckling verification of monolithic, laminated, insulated structural glass element, with particular attention for the load carrying behavior of beams in compression or in bending, as well as for the buckling response of glass panels subjected to in-plane compression or shear. At the same time, the Thesis focuses also on the dynamic behavior of two different typologies of steel-glass façades subjected to air blast loads, whit particular attention to the analysis of cable-supported façades and conventional curtain walls, in which a metallic frame supports the glass panels. In both the circumstances, accurate numerical simulations are performed to highlight the criticalities of similar structural systems, in presence of high-level or medium / low-level air blast loads. Finally, the structural benefits of possible devices able to mitigate the effects of explosions in the main components of these façades, by partly storing / dissipating the incoming energy, are investigated numerically and analytically.
XXIV Ciclo
1983

The growing demand for mobility of people and goods will lead to a radical change of the transport paradigm, toward increasingly safe, sustainable and integrated systems: the Intelligent Transportation Systems (ITS). In this context the ICT technologies play the key role, in particular the communication technologies that are fundamental to convey the navigation information, implement active surveillance techniques, and strengthen the accuracy of localization processes. The results presented in this work cover different areas of the transport sector, specifically the rail and road transportation, as well as the Air Traffic Control (ATC). The research activities, mainly driven by industrial projects, have been carried out in order to improve safety and ensure better management of traffic flows and fleets in these different domains, through the use of communication systems, localization technologies and cybersecurity techniques. In the railway sector, research activities mainly concerned the goods transportation, in particular the design and prototyping with a real test bench of an integrated architecture for monitoring and efficient management of trains and freight wagons based on Wireless Sensor Networks (WSN), long-range communication technologies and cloud computing for collecting and processing information in a centralized way. In the ATC context the Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B) technology was addressed, with specific commitment on the enhanced reception techniques proposed by the Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA: through a detailed link level simulation environment, the performance of those techniques have been assessed in terms of preamble detection and data decoding over two different RF reception chains. Furthermore, a high-level hardware design was performed for future prototyping on Field Programmable Gate Array (FPGA) through RTL (Register Transfer Level) mode in VLSI Hardware Description Language (VHDL). In the automotive domain research activities were carried out on vehicular communication as key factor for development of innovative solutions to improve the road safety and traffic efficiency, as well as to realize advanced mobility services. ITS applications were implemented in high fidelity simulation environment for vehicular communication, such as the traffic management in emergency situations and the optimization of traffic lights by means of Vehicle to Infrastructure (V2I) communication, while performing radio channel congestion analysis. Together with the different communication technologies, from Vehicular Ad-hoc Networks (VANET) to the 5G, accurate localization and cybersecurity aspects were approached within the design of a heterogeneous architecture for management of smart commercial vehicles, able to operate both in ordinary and emergency conditions thanks to an on-board equipment composed by a multi-standard communication platform and advanced localization systems based on multi-constellation satellite receivers (GPS + GALILEO).

Il settore di produzione di beni e servizi è sempre alla continua ricerca di sistemi che possano ottimizzare i loro processi di produzione, con l obiettivo primario di ridurre i costi sostenuti. La crisi economica, che negli ultimi anni ha colpito l Europa in molti settori economico-produttivi, ha accentuato ulteriormente l esigenza di ricercare tutte quelle procedure e/o metodologie che possano permettere un abbattimento delle spese, mantenendo gli stessi standard qualitativi e quantitativi. Tra i settori maggiormente in crisi, soprattutto nelle regioni meridionali d Italia, c è quello della gestione integrata dei rifiuti solidi urbani. I problemi tipici che si riscontrano in questo campo possono essere inglobati in due macro-categorie: -la raccolta dei rifiuti su scala territoriale locale, che ha come obiettivo principale quello di ottimizzare il servizio al fine di minimizzare i costi di trasporto all interno dei centri urbani; - il trasporto dei rifiuti su scala territoriale regionale, dai centri di produzione locali agli impianti di trattamento/recupero/smaltimento quello su scala regionale, che, oltre ad avere come obiettivo quello di minimizzare i costi di trasporto, ha lo scopo di localizzare ed individuare i siti ottimali per la realizzazione di nuovi impianti di trattamento e smaltimento dei rifiuti. Il problema del trasporto dei rifiuti solidi urbani dai luoghi di produzione (città) ai luoghi di smaltimento (impianti di trattamento) è una fase del sistema di gestione solitamente trascurata. Questo perché, a torto, considerata poco impattante rispetto alle altre fasi di trattamento. Il presente lavoro, invece, ritenuta l importanza del problema, si propone di determinare i flussi e i costi del trasporto di rifiuti all interno di un territorio ed in più di dimostrare come una corretta gestione del conferimento del rifiuto nei vari impianti di trattamento/recupero/smaltimento, possa contribuire in modo significativo al miglioramento del processo di gestione dei rifiuti e ad un concreto risparmio di risorse economiche ed ambientali. Un notevole contributo in tal senso è dato dai cosiddetti Sistemi di Trasporto Intelligenti (Intelligent Transportation System, ITS), che grazie a tecnologie telematiche innovative (Information and Communication Technologies, ICT) permette di offrire un servizio flessibile ad una domanda anch essa flessibile a causa della variabilità giornaliera della produzione di rifiuti solidi urbani, nonché a tutta una serie di problematiche e criticità dovute a fattori non prevedibili. Alla luce dei risultati emersi dallo studio, sia su scala territoriale urbana che su scala territoriale regionale, si può concludere che una corretta pianificazione dei sistemi di gestione dei rifiuti dovrebbe prevedere un analisi dettagliata della fase di raccolta e trasporto dei rifiuti e prevedere la valutazione di possibili alternative per la diminuzione delle emissioni totali attraverso l ottimizzazione dei trasporti. A tale scopo l integrazione di tecnologie telematiche innovative e l utilizzo di modelli di ottimizzazione dei percorsi di raccolta nonché dei flussi dei rifiuti dai centri di produzione agli impianti di smaltimento, può essere determinante per il raggiungimento di un efficiente gestione integrata dei rifiuti solidi urbani.

Con il seguente documento si vuole esaminare l'utilita trasportistica dei sistemi di trasporto del tipo Automated People Mover passando da un inquadramento storico generale all'uso dei sistemi nell'ambito aeroportuale dall'inizio degli anni '60 fino ai tempi piu moderni. Dopo avere analizzato le configurazioni e le caratteristiche tipiche dei sistemi APM in ambito aeroportuale si definira quale tipologia di infrastruttura e stata privilegiata negli aeroporti europei e mondiali. Successivamente si prendera in esame lo stato dell'arte dei sistemi APM installati nell'aeroporto principale di Parigi e uno dei piu trafficati del mondo, l'Aeroporto Internazionale Charles de Gaulle; e del sistema installato nell'Aeroporto Internazionale Galileo Galilei di Pisa.

Scopo di questa tesi di dottorato è l’ottimizzazione dei sistemi di trasporto a chiamata in cui, ogni cliente, specifica un luogo di partenza (A) e uno di arrivo (B) con le rispettive finestre temporali. Si deve pertanto trovare un insieme di rotte, a costo minimo, ciascuna assegnata a un veicolo, per soddisfare le richieste sotto vincoli temporali, di precedenza ed accoppiamento: A precede B ed entrambi appartengono alla stessa rotta. Il problema è stato studiato come Pickup and Delivery Problem with Time Windows (PDPTW) e come Dial-a-Ride Problem (DARP). Dopo una ricerca bibliografica sugli aspetti modellistici e metodologici, si è esaminata una formulazione di Programmazione Lineare Intera Mista e si è approfondita l’analisi delle meta-euristiche, tra cui quella di un Algoritmo Genetico (AG). Con riferimento all’AG, si è definito e implementato un algoritmo per il tuning dei suoi parametri d’input, basandosi su una tecnica di Racing (F-RACE). I risultati computazionali, condotti su istanze di benchmark, hanno mostrato che l’AG, opportunamente settato, in diversi casi, raggiunge il Best Known. Si è proposta, inoltre, una versione del DARP bi-obiettivo per minimizzare il tempo totale di attesa dei veicoli presso clienti raggiungi in anticipo rispetto alla loro finestra temporale e il tempo di viaggio della rotta più lunga. Per tale problema, si è, quindi, progettato un approccio risolutivo a due stadi: dapprima, usando l’AG e un’euristica ibrida (Tabu Search- Simulated Annealing), si è generato un insieme di rotte ammissibili, fornito in input, successivamente, a una formulazione matematica bi-obiettivo di set-partitioning con vincoli aggiuntivi, risolta mediante l’approccio epsilon-vincolato. La bontà di questo approccio risolutivo è stata valutata confrontando le prestazioni con quelle del metodo della somma pesata. Gli esperimenti numerici hanno mostrato che l’approccio proposto è in grado di fornire una buona approssimazione della frontiera paretiana.
The aim of this Ph.D. thesis is to address the optimization of dial-a-ride transportation systems, where each customer specifies the service as an origin (A) and a destination (B), together with the related time windows. To optimize such a system means to find a set of routes, each assigned to a vehicle, at minimum routing cost, in order to satisfy all the customer requests under time windows, precedence and pairing constraints, i.e., A and B belong to the same route and A always precedes B. The problem has been already addressed in the literature as both a Pickup and Delivery Problem with Time Windows (PDPTW) and a Dial-a-Ride Problem (DARP). After a literature review focused on both the modelling and the methodological aspects, a Mixed Integer Linear Programming formulation has been examined and particular emphasis has been devoted to the meta-heuristics, among which a Genetic Algorithm (GA). In particular, an algorithm for tuning the input parameters of GA, based on a racing technique (F-Race), has been designed. The computational results, carried out on benchmark instances, have shown that GA, combined with the F-Race, in several cases, reaches the Best Known. Moreover, a bi-objective DARP has been proposed minimizing, at the same time, the Total Waiting Time of the vehicles arriving at customers before the left side of their time window and the Maximum total Ride Time. The problem has been solved through a two-step approach: in the first step, a set of feasible routes has been generated by using both the GA and a Tabu embedded Simulated Annealing meta-heuristic. This set has been used in the second step for defining a bi-objective set partitioning formulation with additional constraints, solved through an epsilon-constraint method. Numerical results have also been aimed to compare the proposed approach with the Weighted Sum method and they have shown that it provides the decision makers with a better approximation of the Pareto front.

For the past thirty-five years, the layered aquifer system of Central Veneto (Italy) has seen an increasing demand of water for domestic and private uses and a significant reduction of groundwater heads. During these years the origin and development of important groundwater pollution phenomena in the relevant aquifers has been revealed by a quality monitoring system. These aquifers are particularly vulnerable because of the presence of industrial activity in areas characterized by high permeability soils highly susceptible to contaminants transport. The presenti thesis deals with mathematical models of the relevant processes (flow and transport), jointly with their field validations. The regional groundwater flux model developed is a large scale scheme originating from detailed studies of the hydrogeological system including: accurate reconstruction of the geological model; hydrogeological characterization; estimates of the groundwater fluxes for mass balance. The three-dimensional flow model allows for the establishment of causal relationships between withdrawal of water (whatever the production layer, and the extracted flow rates) and the fluctuations of piezometric heads anywhere in the system. Its purpose is to provide boundary conditions for the study of flow models and specifically of transport models at smaller scale. The chief aim of this work is to develop a three-dimensional transport model of solutes within the heterogeneous aquifer systems, in order to obtain long-term predictions of pollutant migration into geologic deposits characterized by variable hydraulic properties. The transport model is implemented according to different numerical approaches: first, a finite elements method is adopted, secondly a Lagrangian approach (Particle Tracking) is taken into account and, finally, the advection-dispersion equation in groundwater, used to describe solute transport in porous media, is solved by a time-splitting technique. During the present study field experiments have been carried out, which consisted in monitoring solute plume via tracer tests in a heterogeneous aquifer. Concentration data are then used for aquifer parameter identification, necessary for model calibration. The movement of a saline tracer in the subsurface has been monitored via electrical resistivity tomography (ERT) from the surface. The spreading of the solute plume measured in the field experiment permits for an estimate of the actual transport properties in the heterogeneous medium in terms of dispersivity parameters. These parameters are then applied to transport models on a regional scale. The transport model implemented has allowed for a better understanding of the regional groundwater system and of its transport-related properties. The model is suggested to predict well the evolution of real transport phenomena, so it is deemed of a certain importance for the management of water resources in the area.
Negli ultimi anni gli acquiferi dell'Alto Vicentino (Veneto Centrale) sono stati interessati da una crescente domanda idrica accompagnata da un evidente abbassamento dei livelli freatici e da una depressurizzazione delle falde artesiane. Nello stesso periodo l'attività di controllo e di monitoraggio della qualità della risorsa idrica ha fatto emergere alcuni importanti fenomeni di inquinamento che hanno interessato i corpi idrici sotterranei dell'Alto Vicentino, resi vulnerabili dalla presenza di importanti poli industriali in zone ad alta permeabilità, che facilitano il trasporto degli inquinanti in falda. La presente tesi propone modelli matematici (e le loro validazioni) per lo studio della gestione delle risorse idriche negli acquiferi profondi del Veneto Centrale. Il modello matematico generale di flusso sviluppato si prefigge di fornire uno strumento qualitativo per la gestione delle risorse idriche e le condizioni al contorno per l'implementazione di modelli di trasporto. Il modello è stato realizzato sulla base di un'accurata analisi idrogeologica del territorio allo studio, in particolare con la ricostruzione di dettaglio del modello geo-strutturale del sistema multi-acquifero e la stima quantitativa dei termini del bilancio idrologico. L'obiettivo principale del lavoro è lo sviluppo di un modello di trasporto nel sistema acquifero di interesse, che consenta di prevedere l'andamento spazio-temporale di fenomeni di inquinamento in atto o futuri; tale modello è stato implementato con differenti approcci numerici: il metodo agli elementi finiti, l'approccio Lagrangiano (Particle Tracking) e l'approccio time-splitting. Propedeutica all'implementazione del modello matematico di trasporto è la realizzazione di prove sperimentali con traccianti, che consentono di raccogliere informazioni a scala locale sui parametri idro-dispersivi del processo, necessarie alla taratura del modello. Nell'ambito della presente tesi è stato condotto un monitoraggio elettrico ad alta risoluzione per lo studio di dettaglio delle proprietà di trasporto in un'acquifero superficiale, con l'obiettivo di applicare i risultati ottenuti dall'osservazione del comportamento del tracciante iniettato a scala locale nel trasporto a scala regionale. Il modello di trasporto implementato ha permesso di migliorare la conoscenza delle dinamiche di trasporto nel sistema multiacquifero allo studio, e si è dimostrato in grado di riprodurre l'evoluzione di reali episodi di inquinamento in falda: esso appare quindi di interesse applicativo generale nel campo della gestione delle risorse idriche con riferimento al contesto territoriale del Veneto Centrale.

Gli incidenti stradali sono una delle principali cause di morte per tutte le fasce d'età; questo vale, con percentuali diverse, per tutti gli utenti della strada. Essendo un problema globale, richiede urgente attenzione. In questa tesi il comportamento degli utenti della strada e le loro interazioni sono stati studiati con l'aiuto della realtà virtuale. È stata studiata l'interazione tra utenti della strada, infrastrutture e veicoli. Nel complesso, questa ricerca ha cercato di rispondere a diverse domande, come ad esempio: È possibile migliorare la sicurezza stradale con la realtà virtuale? È possibile migliorare il comportamento degli utenti della strada con la realtà virtuale? Questa tesi è il connubio tra realtà virtuale (sia non immersiva che immersiva), trasporti e sicurezza, e tecnologia (simulatori, visori). La scelta della realtà virtuale è stata dettata dai numerosi vantaggi che essa presenta, ovviando a tutte le insidie che si avrebbero con prove sul campo. Una ricerca sugli automobilisti con realtà virtuale di tipo non immersiva è stata condotta presso il Laboratorio Trasporti del Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell'Università di Padova. Inoltre, uno studio riguardante i motociclisti è stato invece condotto presso il Laboratorio HRT del Dipartimento di Psicologia Generale, della stessa Università. Infine, uno studio con realtà virtuale immersiva è stato proposto per l'utente vulnerabile per eccellenza: il pedone. I circa 300 soggetti coinvolti erano utenti della strada, tra cui automobilisti (Capitolo 2), motociclisti (Capitolo 3) e pedoni (Capitolo 4). Grazie al training virtuale, con i tre diversi dispositivi, è stato possibile ottenere miglioramenti nel comportamento e quindi scoprire i reali benefici della realtà virtuale nel mondo della sicurezza dei trasporti. In primo luogo, dagli studi del Capitolo 2, è stato possibile sottolineare quanto sia fondamentale avere una corretta comprensione di un Advanced driver assistance systems (ADAS) per il suo corretto funzionamento. Attraverso l'implementazione di diversi ADAS per il controllo laterale del veicolo e la somministrazione con la tecnica del precision teaching, sono stati determinati i benefici che questi sistemi producono. Poiché il controllo laterale è una variabile di particolare interesse in termini di sicurezza, a causa delle sue numerose implicazioni ed effetti, i risultati ottenuti da queste tecnologie sono incoraggianti per la mitigazione del rischio stradale e, di conseguenza, degli incidenti. I risultati proposti, sottolineando i benefici di queste tecnologie nel tempo, confermano che si tratta di un approccio legittimo sia in termini di progettazione ADAS che nell'uso di tecniche di apprendimento. In secondo luogo, considerando gli studi dei capitoli 2 e 3, si potrebbe sostenere che sia per i conducenti di auto che di moto con stile di guida aggressivo, la presentazione di feedback per ridurre eventi bruschi e le violazioni dei limiti di velocità, produce una riduzione significativa di queste variabili. I risultati ottenuti sono stati nuovamente rilevanti in termini di sicurezza stradale: grazie alle metodologie testate in questo lavoro è possibile progettare programmi per correggere il comportamento degli utenti della strada più aggressivi e, di conseguenza, più pericolosi. Per quanto riguarda i motociclisti, è stato anche dimostrato che i benefici di questi sistemi persistono nel tempo. Infine, per quanto riguarda lo studio dei pedoni al Capitolo 4, questa tesi rappresenta uno dei primi lavori in Italia di educazione alla sicurezza stradale dei bambini con la realtà virtuale. La presente indagine, infatti, essendo parte di un progetto più ampio dedicato agli utenti vulnerabili, ha indagato il comportamento dei bambini nell'ambiente stradale. In questo senso, questo studio si è rivelato innovativo sia nei suoi obiettivi educativi, sia nei mezzi impiegati per raggiungerli.
Road traffic crashes are a leading cause of death across all age groups; this applies, with different percentages, to all road users. Being a global burden, this issue demands urgent attention. In this thesis road users’ behavior and their interactions are studied with the aid of virtual reality. Road users were accordingly inserted in virtual road environments, with virtual simulators. The interaction between road users, infrastructures, and vehicles was investigated. Overall, this research attempts to answer several questions, as such: Is it possible to improve road safety with virtual reality? Is it possible to improve road user behavior with virtual reality? This thesis has carefully interwoven virtual reality (both non-immersive and immersive), transport and safety, with technology (simulators, visors). The choice of virtual reality was dictated by the many advantages it presents, obviating all the pitfalls related to risk during field tests. A research regarding non-immersive virtual reality for car drivers was conducted at the Transportation Laboratory at the Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering at University of Padua. Moreover, a study concerning motorcyclists was instead conducted at the HRT Laboratory of the Department of General Psychology. Eventually, a study with immersive virtual reality was proposed for the vulnerable user par excellence, the pedestrian. The approximately 300 subjects involved were road users, including car drivers (Chapter 2), motorcyclists (Chapter 3) and pedestrians (Chapter 4). Thanks to the virtual training, with three different devices, it was possible to obtain improvements in behavior and therefore to uncover real benefits of virtual reality in the world of transport safety. Firstly, from the studies of Chapter 2, it was possible to stress how crucial it is to have a proper understanding of an ADAS for its correct functioning. In other words, it was illustrated to what extent an adequate understanding of ADAS is pivotal to benefit from all its advantages. Through the implementation of several ADAS for the lateral control of the vehicle and the administration with precision teaching technique, it was overall investigated how many considerable benefits they produce. Since lateral control is a variable of particular interest in terms of safety, because of its many implications and effects, the results obtained from these technologies are encouraging for the mitigation of road risk and, consequently, of accidents. The results proposed, by underlining the benefits of these technologies over time, confirm that this is a legitimate approach both in terms of ADAS design and in the use of learning techniques. Secondly, considering the studies in Chapters 2 and 3, it might be argued that for both car and motorcycle drivers with aggressive driving style, the presentation of feedback to reduce elevated gravitational-force event (EGFE) and speed limit violations, produces a significant reduction of these variables. The results obtained were again relevant in terms of road safety: thanks to the methodologies tested in this work it is possible to design programs to correct the behavior of the most aggressive, and by implication most dangerous, road users. With respect to motorcyclists, it was also demonstrated that the benefits of these systems persist over time. Finally, as far as the study of pedestrians is concerned, this thesis represents one of the first works in Italy of road safety education of children with virtual reality. The present inquiry, indeed, being part of a broader project dedicated to vulnerable users, investigated children's behavior in the street environment. In this sense, this study proved to be innovative both in its educational objectives, and in the means employed to achieve them.

L'argomento su cui si è svolta la tesi è l'integrazione del cold ironing ad una nave per analizzare i benefici che si possono avere, in termini di emissioni, usando tale processo. Si sono ricercate inoltre i singoli contributi di ciascun membro del motore ibrido presente nella nave in analisi.

La presente tesi riguarda lo studio di procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati. In particolare, i sistemi studiati sono strutture shear-type soggette ad azioni di tipo sismico impresse alla base. Per effettuare l’ottimizzazione dei sistemi in oggetto si agisce sulle rigidezze di piano e sui coefficienti di smorzamento effettuando una ridistribuzione delle quantità suddette nei piani della struttura. È interessante effettuare l’ottimizzazione di sistemi smorzati nell’ottica della progettazione antisismica, in modo da ridurre la deformata della struttura e, conseguentemente, anche le sollecitazioni che agiscono su di essa. Il lavoro consta di sei capitoli nei quali vengono affrontate tre procedure numerico-analitiche per effettuare l’ottimizzazione di sistemi shear-type. Nel primo capitolo si studia l’ottimizzazione di sistemi shear-type agendo su funzioni di trasferimento opportunamente vincolate. In particolare, le variabili di progetto sono le rigidezze di piano, mentre i coefficienti di smorzamento e le masse di piano risultano quantità note e costanti durante tutto il procedimento di calcolo iterativo; per effettuare il controllo dinamico della struttura si cerca di ottenere una deformata pressoché rettilinea. Tale condizione viene raggiunta ponendo le ampiezze delle funzioni di trasferimento degli spostamenti di interpiano pari all’ampiezza della funzione di trasferimento del primo piano. Al termine della procedura si ottiene una ridistribuzione della rigidezza complessiva nei vari piani della struttura. In particolare, si evince un aumento della rigidezza nei piani più bassi che risultano essere quelli più sollecitati da una azione impressa alla base e, conseguentemente, si assiste ad una progressiva riduzione della variabile di progetto nei piani più alti. L’applicazione numerica di tale procedura viene effettuata nel secondo capitolo mediante l’ausilio di un programma di calcolo in linguaggio Matlab. In particolare, si effettua lo studio di sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. La seconda procedura numerico-analitica viene presentata nel terzo capitolo. Essa riguarda l’ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento e consta di due fasi. La prima fase ricerca il progetto ottimale della struttura per uno specifico valore della rigidezza complessiva e dello smorzamento totale, mentre la seconda fase esamina una serie di progetti ottimali in funzione di diversi valori della rigidezza e dello smorzamento totale. Nella prima fase, per ottenere il controllo dinamico della struttura, viene minimizzata la somma degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano. Le variabili di progetto, aggiornate dopo ogni iterazione, sono le rigidezze di piano ed i coefficienti di smorzamento. Si pone, inoltre, un vincolo sulla quantità totale di rigidezza e di smorzamento, e i valori delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento di ogni piano non devono superare un limite superiore posto all’inizio della procedura. Anche in questo caso viene effettuata una ridistribuzione delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento nei vari piani della struttura fino ad ottenere la minimizzazione della funzione obiettivo. La prima fase riduce la deformata della struttura minimizzando la somma degli scarti quadrarici medi degli spostamenti di interpiano, ma comporta un aumento dello scarto quadratico medio dell’accelerazione assoluta dell’ultimo piano. Per mantenere quest’ultima quantità entro limiti accettabili, si passa alla seconda fase in cui si effettua una riduzione dell’accelerazione attraverso l’aumento della quantità totale di smorzamento. La procedura di ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento viene applicata numericamente, mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab, nel capitolo quattro. La procedura viene applicata a sistemi a due e a cinque gradi di libertà. L’ultima parte della tesi ha come oggetto la generalizzazione della procedura che viene applicata per un sistema dotato di isolatori alla base. Tale parte della tesi è riportata nel quinto capitolo. Per isolamento sismico di un edificio (sistema di controllo passivo) si intende l’inserimento tra la struttura e le sue fondazioni di opportuni dispositivi molto flessibili orizzontalmente, anche se rigidi in direzione verticale. Tali dispositivi consentono di ridurre la trasmissione del moto del suolo alla struttura in elevazione disaccoppiando il moto della sovrastruttura da quello del terreno. L’inserimento degli isolatori consente di ottenere un aumento del periodo proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. La principale peculiarità dell’isolamento alla base è la possibilità di eliminare completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali degli edifici. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto, quali ospedali e i centri operativi per la gestione delle emergenze. Nelle strutture isolate si osserva una sostanziale riduzione degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni relative. La procedura di ottimizzazione viene modificata considerando l’introduzione di isolatori alla base di tipo LRB. Essi sono costituiti da strati in elastomero (aventi la funzione di dissipare, disaccoppiare il moto e mantenere spostamenti accettabili) alternati a lamine in acciaio (aventi la funzione di mantenere una buona resistenza allo schiacciamento) che ne rendono trascurabile la deformabilità in direzione verticale. Gli strati in elastomero manifestano una bassa rigidezza nei confronti degli spostamenti orizzontali. La procedura di ottimizzazione viene applicata ad un telaio shear-type ad N gradi di libertà con smorzatori viscosi aggiunti. Con l’introduzione dell’isolatore alla base si passa da un sistema ad N gradi di libertà ad un sistema a N+1 gradi di libertà, in quanto l’isolatore viene modellato alla stregua di un piano della struttura considerando una rigidezza e uno smorzamento equivalente dell’isolatore. Nel caso di sistema sheat-type isolato alla base, poiché l’isolatore agisce sia sugli spostamenti di interpiano, sia sulle accelerazioni trasmesse alla struttura, si considera una nuova funzione obiettivo che minimizza la somma incrementata degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni. Le quantità di progetto sono i coefficienti di smorzamento e le rigidezze di piano della sovrastruttura. Al termine della procedura si otterrà una nuova ridistribuzione delle variabili di progetto nei piani della struttura. In tal caso, però, la sovrastruttura risulterà molto meno sollecitata in quanto tutte le deformazioni vengono assorbite dal sistema di isolamento. Infine, viene effettuato un controllo sull’entità dello spostamento alla base dell’isolatore perché potrebbe raggiungere valori troppo elevati. Infatti, la normativa indica come valore limite dello spostamento alla base 25cm; valori più elevati dello spostamento creano dei problemi soprattutto per la realizzazione di adeguati giunti sismici. La procedura di ottimizzazione di sistemi isolati alla base viene applicata numericamente mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab nel sesto capitolo. La procedura viene applicata a sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. Inoltre si effettua il controllo degli spostamenti alla base sollecitando la struttura con il sisma di El Centro e il sisma di Northridge. I risultati hanno mostrato che la procedura di calcolo è efficace e inoltre gli spostamenti alla base sono contenuti entro il limite posto dalla normativa. Giova rilevare che il sistema di isolamento riduce sensibilmente le grandezze che interessano la sovrastruttura, la quale si comporta come un corpo rigido al di sopra dell’isolatore. In futuro si potrà studiare il comportamento di strutture isolate considerando diverse tipologie di isolatori alla base e non solo dispositivi elastomerici. Si potrà, inoltre, modellare l’isolatore alla base con un modello isteretico bilineare ed effettuare un confronto con i risultati già ottenuti per il modello lineare.

Natural gas is one of the most widely used energy sources in the world, and is likely to retain a crucial role during the energy transition, thanks to the possibility of adopting the network infrastructure for the delivery of low carbon substitute gases (i.e. biogas, hydrogen and their mixtures). With this background, it is worth pointing out that NG transmission and distribution networks are nowadays more and more interconnected with other energy networks, such as the electricity and district heating ones, mutually taking advantage from their own peculiarities. As for example, the electricity produced from renewable energy sources in excess of demand could be used by NG transmission and storage infrastructure system for Power to Gas technology. Furthermore, the injection of biomethane and hydrogen mixtures in NG networks is becoming quite a common practice, as well as cogeneration and trigeneration plants connected to NGNs are increasingly spreading in district heating networks and residential application. On the other hand, the increasing complexity of infrastructures and the extremely new features will lead to increasing vulnerabilities of the networks too. In particular, NG transmission and distribution companies shall enhance major technological and management efforts to guarantee the security and balancing of their networks. To this aim, in this thesis has been: i) analyzed the aspects related to the resilience of natural gas distribution networks; ii) calculated the risk associated with the disruption caused by the ruptures of a gas distribution pipeline segments; iii) analyzed the impact of conditions under which the natural gas flow rate is measured, on the accuracy on transmission network balance assessment; iv) assessed the conditions which would lead to the condensate formation within the gas pipelines during the withdrawal from storage and assessed the impact which this could have on the accuracy of the measurement; v) assessed the performances of official natural gas consumption allocation methods currently applied within natural gas network of three EU Member States. The results of these analyzes have provided interesting insights to improve some technical and regulatory aspects that influence the physical balancing process of natural gas transportation and distribution networks, as well as to define effective operational management strategies to reduce the risk of service disruption and to increase the distribution networks resilience.

La presente tesi studia l’uso di sistemi accoppiati per migliorare il comportamento dinamico e sismico di strutture intelaiate. La tesi è divisa in quattro capitoli. Il primo capitolo contiene un introduzione alla tesi. Esso mostra la letteratura classica dei sistemi studiati nella tesi, quali il Tuned Mass Damper, l’isolamento alla base, il blocco rigido e i dispositivi inerter. Il secondo capitolo studia la discontinuità intermedia, spesso chiamato anche isolamento a piani intermedi. La discontinuità divide l’edificio in due componenti, la parte inferiore è chiamata sottostruttura e la parte superiore è chiamata sovrastruttura. La discontinuità accoppia le risposte dinamiche della sottostruttura e della sovrastruttura. Il terzo capitolo studia l’accoppiamento tra due differenti tipi di strutture, in particolare tra un telaio ed un blocco rigido. Il blocco viene accoppiato, attraverso un dispositivo visco-elastico, al piano inferiore del telaio. Sono anche considerati dispositivi inerter applicati sia al blocco sia al telaio. Il quarto capitolo indaga l’accoppiamento tra un telaio ed un esoscheletro. Differentemente dall’approccio tradizionale, l’esoscheletro è collegato solo alla parte inferiore della struttura, così riducendo sia l’impatto estetico che il costo della strategia di protezione.

Nel presente lavoro di tesi viene analizzato un sistema alternativo utile al raggiungimento della protezione sismica delle strutture. In particolare, invece di consentire alla struttura di subire deformazioni inelastiche sfruttando la propria duttilità strutturale per dissipare energia, si ricorre a sistemi di controllo passivi quali i dissipatori fluido viscosi e le loro configurazioni all’interno o all’esterno di un sistema strutturale per diminuire l’energia dissipata dalla sola struttura e ridurre la risposta sismica. Nei primi due capitoli vengono analizzati i sistemi per il controllo strutturale, da quello tradizionale basato su criteri di resistenza e duttilità a quelli passivi, fino ad arrivare a quelli attivi. Particolare attenzione viene rivolta alla comprensione del funzionamento e delle leggi che governano i dissipatori fluido viscosi. Nel terzo capitolo vengono studiati i metodi di analisi, i criteri di progettazione e modellazione dei dispositivi fluido viscosi per arrivare a dimensionare i dispositivi da inserire nel sistema strutturale. Inoltre vengono studiate le diverse configurazioni che possono assumere i dispositivi fluido viscosi all’interno o all’esterno di una struttura, valutandone i vantaggi e gli svantaggi. Una volta presa familiarizzazione col software di calcolo fem e delle analisi time history, nel capitolo quattro si valuta l’effetto delle diverse configurazioni interne o esterne dei dispositivi lineari e non lineari e la diversa distribuzione delle proprietà dei dispositivi lungo l’altezza della struttura di studio. Si procede con il valutare attraverso analisi dinamiche modali non lineari la risposta della struttura di studio priva di dispositivi e le risposte della struttura equipaggiata con diverse configurazioni di dispositivi, per poi confrontarle per arrivare a delle conclusioni in merito alla loro efficacia.

Con questa tesi si studiano le potenzialità di un agent-system per la generazione di strutture monosuperficie con topologia ramificata, con l’intento di generare architetture inseribili in contesti esistenti. Gli agenti agiscono leggendo informazioni date dall’ambiente e dal sistema stesso, adattandovi parametri di comportamento. Il sistema creato parte dalle logiche dell’algoritmo di Space Colonization (utilizzato per simulare la crescita di strutture ramificate presenti in natura), basandosi quindi su punti attrattori nello spazio che guidano lo sviluppo di ramificazioni. Lo studio si è concentrato sull’applicazione del sistema lungo superfici modellate sfruttando le potenzialità del territorio. L’analisi strutturale di queste, fornisce dati che influenzano la distribuzione dei punti, quindi lo sviluppo e la variabilità del pattern (direzionalità, frequenza e angolo di ramificazione) in funzione delle logiche costruttive proposte. La complessità e variabilità del pattern generato, applicato a superfici a doppia curvatura non consente una standardizzazione degli elementi costruttivi: sono perciò state prese in considerazione diverse possibilità, cercando compromessi tra semplicità esecutiva ed estetica. Si è scelto un sistema materiale che lavora per elementi discreti, traducendo le tracce digitali in una tettonica organizzata in elementi curvi in legno collegati ai nodi con pezzi metallici.

La ricerca di una soluzione per l’isolamento sismico delle strutture negli ultimi decenni ha richiamato l’attenzione di numerosi ricercatori, che grazie all’avanzamento delle metodologie di ricerca e alle nuove tecnologie dei materiali, hanno provato a sviluppare nuove tecniche e nuovi sistemi in grado di attenuare la propagazione delle onde dal suolo alle strutture. Questo lavoro si è concentrato sullo studio delle onde di superficie di Love, con particolare applicazione all’utilizzo di sistemi risonanti superficiali. Numerose ricerche sono già state condotte nell’ambito delle onde di superficie di Rayleigh, prestando attenzione ai vantaggi che potrebbe avere l’impiego di barriere di risuonatori per rifletterle e/o redirezionarle. Proseguendo sulla stessa linea, nel corso di questo studio, verranno inizialmente ripercorse le relazioni che portano alla definizione della legge di dispersione delle onde di Love; successivamente, si analizzeranno i risultati sperimentali ottenuti per la determinazione in forma analitica, della relazione di dispersione delle onde di Love nel caso di applicazione di risuonatori. Il Band Gap delle frequenze verrà inoltre cercato per tali onde superficiali. Obiettivo dello studio è quello di determinare l’efficacia dei sistemi risonanti superficiali nei confronti delle onde di Love.

La mobilità è sempre stata la chiave di sviluppo della società umana: tale concetto, infatti, sin dall’alba dei tempi riveste una importanza rilevante nello sviluppo sia di nuovi insediamenti che di modalità di commercio. Il concetto stesso di mobilità, con l’avanzare dei secoli, si è evoluto assieme alle possibilità che la mente umana ha concepito per connettere luoghi distanti mediante sia la creazione di nuovi mezzi di trasporto che l’aggiornamento di molti di essi. Anche nel nuovo millennio, la mobilità sarà ulteriormente modificata e aggiornata mediante la distribuzione nel mercato dei veicoli autonomi. Un veicolo autonomo, mediante i diversi apparati tecnologici installati su di essa, può circolare all’interno di un flusso di veicoli senza che l’essere umano debba agire direttamente sul moto del veicolo stesso. I veicoli autonomi, seppure possano sembrare un semplice aggiornamento di quelli presenti, presentano un cambiamento importante nella mobilità di tutti giorni, soprattutto: • Nel modo in cui ci sposteremo, sia in ambito urbano che extraurbano; • Nel modo in cui vedremo gli spostamenti; • Nel modo in cui percepiremo le automobili. Per studiare questi effetti portati dai veicoli autonomi, l’ingegneria dei sistemi di trasporto ha bisogno anche essa di aggiornare i propri strumenti e di svilupparne di nuovi. L’ambito di ricerca del dottorato è stato individuato nello sviluppo di un modello di assegnazione a flusso veicolare misto, composto ad esempio da veicoli a guida tradizionale e veicoli a guida autonoma. Tale scelta è stata dettata dal riscontro, attraverso l’analisi dello stato dell’arte, che solo negli ultimi anni si è iniziato ad affrontare in ambito scientifico tale problema: anche se la tecnologia è quasi pronta a essere prodotta in massa e distribuita, per il completo passaggio ad un sistema di guida completamente autonomo ci vorranno diversi anni; è pertanto necessario sviluppare strumenti adeguati atti a consentire una più precisa pianificazione, sia in ambito urbano che extraurbano, e a prevedere e studiare questo periodo di transizione, secondo le previsioni attuali si presuppone che questa condizione durerà circa dai 20 ai 50 anni. L’analisi della bibliografia esistente ha mostrato la mancanza di strumenti pronti per i pianificatori urbani affinché possano progettare le città di domani in modo da consentire l’accesso a nuove tecnologie e a come amalgamarle al sistema esistente. Si può vedere come gli attuali strumenti disponibili in letteratura non consentano una consona analisi dei fenomeni che possono coinvolgere questi veicoli, soprattutto per quanto riguarda l’ambito dei modelli di assegnazione macroscopica. I modelli di assegnazione della domanda di mobilità ad una rete di trasporto rappresentano l’interazione domanda-offerta e consentono di calcolare i flussi di utenti e le prestazioni per ciascun elemento del sistema di offerta (archi della rete di trasporto) come risultato dei flussi di domanda Origine-Destinazione, dei comportamenti di scelta del percorso e delle reciproche interazioni fra domanda e offerta. Come è noto dalla letteratura, i flussi di percorso dipendono dai costi dei percorsi; i flussi di domanda sono, in generale, influenzati dai costi di percorso nelle dimensioni di scelta quali quelle del modo e della destinazione. Inoltre, si è visto che i costi di arco e quindi i costi di percorso, somma dei costi di arco, possono dipendere dai flussi per effetto della congestione. Esiste quindi una dipendenza mutua fra domanda, flussi e costi, riprodotta dai modelli di assegnazione, Come descritto nel lavoro di tesi, si è reso necessario, partendo dalla teoria già consolidata dell’assegnazione, lo sviluppo e aggiornamento degli strumenti esistenti considerando una condizione di traffico misto composto da più tipologie di veicolo, come ad esempio una combinazione di veicoli tradizionali e veicoli autonomi. La formulazione innovativa presentata in questo lavoro di tesi ha messo in risalto le prime variazioni ed innovazioni intrinseche a questi veicoli, come ad esempio la possibilità per l’utente di condividere il viaggio con altri utenti per la propria destinazione. Se si analizzano i risultati ottenuti, si può vedere come l’applicazione a tre diverse reti di dimensione crescente ha condotto non soltanto ad un graduale perfezionamento del modello e degli algoritmi risolutivi implementati nel codice sviluppato ad hoc per la sua soluzione, ma ha consentito anche di determinare e consolidare una metodologia Step-by-Step per procedere alla verifica dei risultati. L’opportuna valutazione dei parametri eseguita sulla rete a 5 archi, la valutazione dei tempi di calcolo e delle iterazioni necessarie per la rete di Sioux Falls e la verifica delle distanze fra le soluzioni nel caso della rete di Avellino hanno consentito di verificare la robustezza dell’approccio proposto anche in applicazione in scala reale. Tutte le elaborazioni fatte hanno consentito di verificare quindi il metodo proposto di assegnazione macroscopica di equilibrio stocastico multi-tipo in ogni sua parte e di consentire la definizione dei parametri. Si fa notare tuttavia che l’assenza di dati reali non consente il confronto con le elaborazioni e di valutare la capacità descrittivo/predittiva del modello proposto in questo lavoro. Successivamente, nella seconda fase si è proceduto a verificare l’efficacia di un microsimulatore per l’assegnazione microscopica in presenza di traffico misto. Pertanto, la scelta del microsimulatore da utilizzare è stata motivata da due fattori: la diffusione e la disponibilità di più modelli di car-following implementati al fine di consentire uno studio più accurato ed approfondito. La scelta è caduta sull’utilizzo dell’ambiente di simulazione freeware SUMO®. I risultati delle prime applicazione e della calibrazione di relazioni macroscopiche flusso-velocità sono stati soddisfacenti, dando sì dei risultati per quanto riguarda il confronto tra le singole categorie veicolari, ma allo stesso tempo non consentendo di fatto una analisi della condizione di traffico congestionato nel regime stabile e quindi consentire una chiara analisi del deflusso dei veicoli per la rete a 5 archi. In conclusione, i risultati mostrano: • la robustezza del metodo proposto per l’assegnazione macroscopica e la possibilità della sua applicazione a reti reali di larga scala; • la necessità di uno sviluppo di un modello microscopico ad hoc per l’analisi della condizione di traffico misto che consenta di valutare meglio le interazioni tra i veicoli in una condizione di traffico congestionato e che consenta poi di confrontare tali valori in presenza di più tipologie di veicoli. Una possibile prospettiva di ricerca, in assenza di dati reali, è l’uso di dati virtuali ottenuti tramite metodi di assegnazione microscopica per la calibrazione dei parametri presenti nei metodi di assegnazione macroscopica, quali i coefficienti dei flussi e i costi.
Mobility has always been the key to the development of human society: this concept, indeed, since the dawn of time has been of great importance in the development of both new settlements and modes of trade. The very concept of mobility, as the centuries progressed, has evolved along with the possibilities that the human mind has conceived to connect distant places through both the creation of new ways of transport and the updating of many of them. Even in the new millennium, mobility will be further modified and updated through the distribution of autonomous vehicles in the market. A self-driving vehicle, using the different technological equipment installed, can circulate within a flow of vehicles without the driver having to act directly on the vehicle itself. Autonomous vehicles, while they may seem like a simple upgrade of those already in the market, have a major change in everyday mobility, especially: • In the way we move, both in the urban and extra-urban areas; • In the way we'll see our travels; • In the way we perceive vehicles. To study these effects of autonomous vehicles, transport system engineering also needs to update its instruments and develop new ones. The scope of the Doctoral research was identified in the development of a mixed vehicle flow assignment model, for example of conventionally driven vehicles and self-driving vehicles. This choice was dictated by the feedback, through the analysis of the state of the art, that only in recent years this problem has begun to be addressed in the scientific field: although the technology is almost ready to be mass-produced and distributed, for the complete transition to a fully autonomous driving system will take several years; it is therefore necessary to develop appropriate tools to allow for more precise planning, both in the urban and extra-urban areas, and to predict and study this transition period, according to current forecasts it is assumed that this condition will last about 20 to 50 years. Analysis of the existing bibliography showed the lack of tools ready for urban planners to design tomorrow's cities to allow access to new technologies and how to amalgamate them to the existing system. It can be seen that the current tools available in the literature do not allow a suitable analysis of the phenomena that can involve those vehicles, especially with regard to the scope of macroscopic assignment models. Mobility demand assignment models to a transport network represents demand-supply interaction and calculates user flows and performance for each element of the supply system (transport network arcs) as a result of Origin-Destination demand flows, route choice behaviors, and mutual interactions between supply and demand. As the literature notes, route flows depend on route costs. Demand flows are, in general, influenced by route costs in the dimensions of choice such as the mode and destination. In addition, it has been seen that the arch costs and therefore the route costs, the sum of the arc costs, may depend on the flows as a result of congestion. There is therefore a mutual dependence on demand, flows and costs, reproduced by the allocation models, As described in the thesis work, it was necessary, starting from the already well-established theory of assignment, the development and upgrade of existing instruments considering a mixed traffic condition consisting of multiple types of vehicles, such as a combination of traditional vehicles and autonomous vehicles. The innovative formulation presented in this thesis work highlighted the first variations and innovations inherent in these vehicles, such as the ability for the user to share the trip with other users for their destination. From the obtained results, we can see how the application to three different networks of increasing size has led not only to a gradual refinement of the model and the solver algorithms implemented in the code developed ad hoc for its solution, but also allowed to determine and consolidate a Step-by-Step methodology to proceed to verify the results. The appropriate evaluation of the parameters performed on the 5-arch network, the evaluation of the calculation times and iterations required for the Sioux Falls network and the verification of the distances between the solutions in the case of the Avellino network has allowed to verify the robustness of the approach proposed even in full-scale application. All the experiments done allow to verify the proposed method for multi-type macroscopic stochastic equilibrium assignment and to allow the definition of parameters. It should be noted, however, that the absence of real data does not allow a comparison with the obtained results and to assess the descriptive/predictive capacity of the model proposed in this work. Subsequently, in the second phase, the effectiveness of a microsimulator for microscopic assignment with mixed traffic was tested. Therefore, the choice of the microsimulator to use was motivated by two factors: the diffusion and the availability of multiple car-following models implemented in order to allow for a more accurate and in-depth study. The freeware SUMO® has been chosen as simulation environment. The results of the first application and calibration of the macroscopic flow-speed relation were unsatisfactory, allowing to distinguish vehicle types, but at the same time not allowing an analysis of congested traffic condition for the 5-arcs network. In conclusion, the results show: • the robustness of the proposed method for macroscopic assignment and the possibility of its application to large-scale real networks; • the need for the development of an ad hoc microscopic model for the analysis of the mixed traffic condition that allows a better assessment of interactions between vehicles in a congested traffic situation and which will then allow to compare these values in the presence of multiple types of vehicles. One possible research perspective, in the absence of real data, is the use of virtual data obtained through microscopic assignment methods for calibrating parameters present in macroscopic assignment methods, such as flow and cost coefficients.

Notizie riguardanti scandali relativi al utilizzo inappropriato di contrassegni per disabili sono all’ordine del giorno. Situazioni meno popolari dal punto di vista mediatico, ma altrettanto gravi a livello sociale coinvolgono tutti quegli individui che si prodigano a falsificare contrassegni oppure ad utilizzarli anche in mancanza del disabile, eventualmente anche successivamente al decesso del medesimo. Tutto questo va inevitabilmente a discapito di tutti coloro che hanno reale diritto e necessità di usufruire delle agevolazioni. Lo scopo di questa tesi è quindi quello di illustrare un possibile sistema per contrastare e possibilmente debellare questo malcostume diffusissimo in Italia. La proposta è quella di dematerializzare il pass cartaceo sostituendolo con un equiva- lente elettronico, temporaneo e associato non più ad una targa, ma all’individuo stesso. Per farlo si ricorrerà all’uso di tecniche di autenticazione attraverso sistemi biometrici, quali il riconoscimento facciale, vocale, di espressioni facciali e gestures.

Le strutture tensegrali sono particolari strutture reticolari costituite da elementi compressi (aste) e tesi (cavi) presollecitati in uno stato di auto-equilibrio, dove l’insieme di componenti compressi è posto all’interno di una rete continua di elementi tesi. La tesi si propone di analizzare la statica e la dinamica delle strutture tensegrali, mettendo in particolare evidenza le principali proprietà che ne contribuiscono a determinare l’equilibrio. Un aspetto chiave nella progettazione di questi sistemi è il problema della ricerca di forma: differentemente da altre tipologie strutturali, parte degli sforzi di progetto finalizzati all’ottenimento di un buon comportamento meccanico-strutturale vengono spesi solo per trovare una configurazione di equilibrio stabile in assenza di carico applicato. Per la risoluzione del problema della ricerca di forma o form-finding, è possibile riferirsi a diversi metodi, di natura statica o cinematica. In questa tesi, ci si concentrerà in particolare sul metodo delle densità di forza che consente la determinazione della configurazione auto-equilibrata della struttura tensegrale a partire dalle equazioni di equilibrio.

L’utilizzo in clinica di anticorpi monoclonali (mAbs) ha rivoluzionato il trattamento del cancro. Negli ultimi 20 anni gli mAbs sono stati molto usati anche nel campo delle nanotecnologie dove, l’elevata specificità e selettività verso i target è stata sfruttata per aumentare la specificità di legame delle nanoparticelle (NPs) verso il bersaglio farmacologico, riducendo gli effetti collaterali dovuti alla diffusione passiva. Ad ogni modo, ad oggi, le implicazioni terapeutiche e gli effetti della coniugazione degli anticorpi sulle NPs, sono ancora poco considerati. In questa tesi mi sono focalizzata sullo studio di tumori per i quali non esistono ancora terapie adeguate, quali i tumori al cervello e al seno triplo negativo (TNBC), allo scopo di sfruttare le NPs come strumento per incrementare l’efficacia delle terapie basate sull’uso di mAbs. In particolare, il mio lavoro ha avuto come scopo l’incremento dello spettro di azione di mAbs, già approvati per uso clinico, rendendoli adatti a nuove applicazioni terapeutiche, sia come proteina intera sia come frammenti. Nel primo capitolo ho utilizzato una variante ricombinante di ferritina umana (HFn) come nanovettore per promuovere l’attraversamento della barriera emato-encefalica (BEE) di mAbs al fine di attivare la risposta immunitaria ADCC contro le cellule tumorali di cancro al cervello. Come modelli tumorali sono stati selezionati un tumore primario (Glioblastoma Multiforme) e un tumore secondario con metastasi cerebrali (tumore al seno HER2 positivo). HFn è stata scelta come sistema di trasporto grazie alla sua capacità di attraversare la BEE a seguito dell’interazione con il recettore TfR1. Ad essa ho coniugato gli anticorpi Trastuzumab e Cetuximab ed ho confermato, tramite saggi in vitro, il mantenimento della specificità di legame verso i target per entrambe le specie proteiche. Inoltre, ho valutato che, in seguito alla coniugazione su HFn, entrambi gli mAbs mantenessero le loro attività tossiche sulle cellule bersaglio. Infine, ho confermato che il nanoconiugato fosse in grado di attraversare un modello in vitro di BEE e che, dopo il passaggio, l’anticorpo mantenesse intatta la sua attività citotossica. Pertanto, i risultati preliminari ottenuti propongono HFn come promettente sistema per il trasporto di mAbs oltre la BEE per il trattamento di patologie cerebrali. Nel secondo capitolo, invece, ho coniugato le singole catene dell’anticorpo Cetuximab (CTX) a nanoparticelle di ossido di ferro, al fine di indagarne l’utilizzo come possibili surrogati dell’anticorpo intero nel trattamento del TNBC. Per questo studio abbiamo selezionato 3 linee cellulari di TNBC che differissero sia in termini di mutazioni di proteine coinvolte nella via di trasduzione del segnale del recettore EGFR, sia in termini di responsività al trattamento con CTX. In questo studio abbiamo indagato la specificità di legame verso il recettore, la capacità di interferire con i pathways molecolari, l’effetto sulla proliferazione e sul ciclo cellulare, l’apoptosi indotta e l’attivazione della risposta immunitaria ADCC, confrontando sempre l’azione del nanoconiugato con quella di CTX. I dati ottenuti hanno dimostrato che la nanoformulazione è in grado di migliorare l’azione tossica dell’anticorpo nelle cellule sensibili al trattamento con CTX ma, inaspettatamente, anche in cellule TNBC resistenti. Inoltre, i saggi di proliferazione e di analisi delle vie di segnalazione a valle, hanno evidenziato che la nanoformulazione è in grado di esercitare la sua azione attivando meccanismi molecolari differenti rispetto al CTX, permettendo l’elusione dei meccanismi di resistenza. I dati ottenuti mettono in evidenza l’enorme potenziale terapeutico della nostra nanoformulazione nel trattamento del TNBC. Nel dettaglio, la nanoformulazione potrebbe migliorare l’efficacia del trattamento con Cetuximab, riducendo anche le dosi, in tumori sensibili e resistenti.
The use of therapeutic monoclonal antibodies (mAbs) has revolutionized cancer treatment. During the last decades, mAbs became very appealing also for nanotechnology. Indeed, they have been exploited as targeting moieties for nanoparticles, thanks to their high binding efficacy and target selectivity. However, the functionalization of NPs with mAbs is usually performed with the aim to ameliorate targeting, rather than to overcome mAbs limitations. Moreover, the therapeutic implications of nanoconjugation are generally poorly considered. In this thesis, I focused on the study of cancers with no efficient therapies available, such as brain cancers and triple negative breast cancer (TNBC), with the final goal to exploit nanoparticle (NP) conjugation as a tool to improve antibody-based therapies. In particular my work aimed at increasing the spectrum of action of already existing mAbs, making them suitable for new applications, either as the whole protein or as fragments. In Chapter 1, I used a recombinant human ferritin (HFn) as nanovector to promote mAbs permeation across the BBB to activate the ADCC response against brain cancer. Glioblastoma and HER2+ metastatic breast cancer were selected as brain tumor models. HFn was used as delivery system thanks to the ability to cross the BBB upon interaction with its receptor. Then, cetuximab or trastuzumab were linked to HFn and the maintenance of the cytotoxic activity of NPs was confirmed by in vitro assays. Next, we tested the ability of HFn- mAb to cross an in vitro model of BBB. Results showed that HFn-mAb proved to be effective in BBB crossing and that, after permeation, mAbs retained their biological activity against the targets, as assessed by MTS and ADCC assays. i These preliminary results support the use of HFn as efficient carrier to enhance mAbs permeation into the brain, without affecting their activity. In Chapter 2, half-chain fragments of cetuximab were conjugated to colloidal NPs (HC-CTX-NPs) to be investigated as surrogates of mAbs in TNBC. Three TNBC cell lines were selected according to EGFR expression and to diverse cetuximab sensitivity. The molecular mechanisms of action of HC-CTX- NPs, including cell targeting, interference with signaling pathways, proliferation, cell cycle, apoptosis and ADCC response, were investigated in TNBC cells. We found that HC-CTX-NPs were able to enhance the therapeutic efficacy and improve the target selectivity against sensitive, but unexpectedly also resistant, TNBC cells. Viability assays and signaling transduction modulation suggested that HC-CTX-NPs not only improved the antibody activity but also exerted different mechanisms of action to circumvent CTX resistance. Our results provide robust evidence of the potential of HC-CTX-NPs in the treatment of TNBC, which could improve curative efficiency, reducing dosages in both sensitive and resistant tumors.

Analisi relativa al fenomeno dell'aderenza, riguardante sia il contatto tra pneumatico e strada, sia il contatto tra ruota e rotaia. Caratteristiche e applicazioni dei sistemi di trasporto su gomma a guida vincolata, precisamente: sistema Translohr, sistemi metropolitani leggeri AGT e sistemi su monorotaia. Conclusioni inerenti pregi e difetti dell'utilizzo di ruote gommate da parte dei sistemi a guida vincolata.

Incremento prestazionale dei sistemi per la movimentazione e trasporto dei carichi mediante l'implementazione di materiali innovativi
Performance increase of handling systems and transporting loads through the implementation of innovative materials

Il progetto di dottorato che verrà presentato in questa tesi è focalizzato sullo sviluppo di un metodo sperimentale per la produzione di protesi personalizzate utilizzando il processo di fabbricazione additiva di Selective Laser Melting (SLM). L’obiettivo è quello di definire una condizione di processo ottimizzata per applicazioni in ambito chirurgico che possa essere generalizzabile, ovvero che ne garantisca la riproducibilità al variare dell’anatomia del paziente e che rappresenti la base per estendere il metodo ad altre componenti protesiche. Il lavoro si è sviluppato lungo due linee principali, la cui convergenza ha permesso di realizzare prototipi di protesi complete utilizzando un solo processo: da una parte la produzione di componenti a massima densità per il raggiungimento di elevate resistenze meccaniche, buona resistenza ad usura e corrosione e controllo di tensioni residue e deformazione delle parti stampate. Dall’altra si sono studiate strutture reticolari a geometria e porosità controllata per favorire l’osteointegrazione della componente protesica post impianto. In questo studio sono stati messe a confronto le possibili combinazioni tra parametri di processo e sono state individuate le correlazioni con le proprietà finali dei componenti stampati. Partendo da queste relazioni si sono sviluppate le strategie tecnologiche per la progettazione e la produzione dei componenti. I test sperimentali svolti e i risultati ottenuti hanno dimostrato la fattibilità dell’utilizzo del processo SLM per la produzione di protesi personalizzate e sono stati fabbricati i primi prototipi funzionali. La fabbricazione di protesi personalizzate richiede, però, anche la progettazione e la produzione di strumentario chirurgico ad hoc. Per questo motivo, parallelamente allo studio della lega di Cromo Cobalto, sono stati eseguiti i test anche su campioni in INOX 316L. Anche in questo caso è stato possibile individuare una finestra operativa di processo che garantisse proprietà meccaniche comparabili, e in alcuni casi superiori, a quelle ottenute con processi convenzionali.
This dissertation presents the development of an experimental method for the production of personalised prostheses by additive manufacturing; specifically, Selective Laser Melting (SLM). The aim of this thesis is to optimise the process for surgical applications, ensuring the reproducibility of prosthesis characteristics independently of variations in patient anatomy. The work follows two main lines of study, whose convergence has allowed the production of prostheses using a single process. Firstly, the production of maximum density components with high mechanical strength and good wear and corrosion resistance was carried out. Subsequently, lattice structures with controlled porosity were studied to promote the osseointegration of implants. Relationships between the process parameters and final properties of SLM components were identified. Based on these results, a new manufacturing strategy was developed for prosthesis production. The performed experiments and obtained results demonstrated feasibility of the SLM process for production of personalised prostheses. Following this outcome, the first functional prototypes were produced. The manufacturing of patient-specific prostheses also requires the design and production of personalised surgical instruments. Experimental tests on AISI 316L components were therefore carried out. It was also possible in this case to identify a process window that guarantees comparable mechanical properties with conventional processes.

La porosità nei materiali utilizzati a scopi ingegneristici è spesso indesiderata per applicazioni strutturali. Tuttavia, la porosità offre notevoli vantaggi in termini di leggerezza, riduzione dei costi di produzione, smorzamento, isolamento termico e energia specifica. Inoltre, i materiali porosi sono ampiamente utilizzati in molteplici applicazioni industriali in diversi settori quali: automotive, aeronautico e navale. Negli ultimi anni, l’attenzione è stata rivolta a questa particolare classe di materiali in quanto combinano alte performance e basso peso. I materiali cellulari, generalmente, sono prodotti attraverso la combinazione di materiali organici. Tuttavia, recentemente, sono state introdotte anche tecnologie per la produzione di materiali cellulari a base metallica. Nel presente lavoro è stata descritta una nuova tecnologia di schiumatura per resine termoindurenti. Una resina non curata sotto forma di polvere viene compattata a freddo in uno stampo di acciaio e usata come precursore. La pasticca, quindi, viene scaldata in un forno a muffola ad alta temperatura per ottenere la schiuma. Nessun agente schiumante è stato introdotto in quanto il meccanismo di formazione della schiuma dipende solamente dal punto di ebollizione della resina non curata. La temperatura di schiumatura viene impostata per essere alta a sufficienza da raggiungere velocemente la temperatura di ebollizione della resina ma non così alta da provocare fenomeni di degrado. Durante l’ebollizione, la resina polimerizza e le bolle rimangono intrappolate nella forma finale. Attraverso questa tecnologia, possono essere prodotti sia compositi che nano-compositi. Infatti, prima della compattazione, la resina in polvere può essere miscelata con diversi tipi di rinforzo ceramici o metalli micro o nano-particellari. Per quanto riguarda le schiume di alluminio, è stata proposta una nuova tecnologia di schiumatura per produrre schiume a celle aperte di alluminio attraverso la “replicazione”. Il processo consiste in quattro step fondamentali: la preparazione della preforma di cloruro di sodio (NaCl); l’infiltrazione dell’alluminio fuso nella preforma di sale; la solidificazione del metallo; la dissoluzione del sale in acqua. Per la produzione della preforma è stato utilizzato un sale grosso e successivamente sono state studiate le caratteristiche meccaniche della schiuma di alluminio ottenuta. In conclusione, è stato proposto, inoltre, un metodo alternativo per piegare le schiume di alluminio reperibili in commercio utilizzando un laser a diodi. Pannelli a celle aperte e chiuse sono stati piegati al laser ed è stata studiata l’influenza dei principali parametri di processo (potenza laser e velocità di scansione) sull’efficienza di piegatura. Attraverso le prove condotte si è potuto constatare come il laser sia capace di formare agevolmente i pannelli senza provocare danneggiamenti al campione.
Porosity in dense engineering materials is often undesirable for load-bearing applications. However, porosity is highly beneficial for weight and cost reduction, damping, thermal insulation and specific strength. Moreover, porous materials are extensively used in several industrial applications: automotive, aeronautics, and naval. In the last years, the attention has been focused on new materials because of the combination of high performances and low weight. Cellular materials were initially produced by means of organic compounds: recently, technologies for the processing of metallic cellular materials have been introduced as well. In the present work, a new foaming process is described for thermosetting resins. Uncured resin tablets are fabricated by pressing commercial powders in a steel mould at room temperature, and used as foam precursors. The tablets foam when heated in a muffle at high temperature. No blowing agent is added as the foaming mechanism depends on the uncured resin boiling point. The foaming temperature is set to be high enough to rapidly produce the resin boiling but not excessive to avoid the thermal degradation. During boiling, the resin polymerizes and the bubbles froze in the final structure. By means of this technology, composite and nano-composite foams may be produced as well. In fact, before compaction, the resin powder may be easily mixed with several fillers such as ceramic or metallic micro and nano-particles. As regards the aluminium foams, a new foaming technology was also proposed to produce open-cell aluminium foams by “replication”. Particularly, the process consisted of four main steps: the preparation of a pre-form of sodium chloride (NaCl); the infiltration of the pre-form with molten aluminium; the metal solidification; the water dissolution of the salt. Coarse NaCl grains were used to produce the pre-forms and the mechanical properties of the solidified foams were evaluated. In conclusion, a different method to shape commercial metallic foam panels was proposed by using a diode laser. Open- and closed-cell panels were laser bent and the effect of the main process parameters (laser power and scan velocity) on the bending efficiency was investigated. As a result, a very good formability was observed for the laser processed panels.

In un’ era in cui la sostenibilità è uno dei principali obiettivi a livello mondiale, la necessità di coniugarla con il settore turistico in un ottica di sviluppo del turismo sostenibile, è diventata di primaria importanza. Analizzate le comunicazioni dell’ Unione Europea a riguardo e le azioni adottate in campo di politica ambientale, viene proposta nella trattazione, l’applicazione degli strumenti volontari, quali i marchi di qualità ecologica, alle piccole strutture ricettive. Dopo un quadro generale sulla ricettività complementare italiana e del Friuli Venezia Giulia, e sullo sviluppo della tipologia ricettiva del Bed and Breakfast, viene successivamente esposta l’evoluzione della politica ambientale europea applicata al settore turistico. Concludendo viene presa in considerazione la realtà dei Bed and Breakfast friulani, analizzando, con un indagine, il grado di coinvolgimento, informazione e interesse da parte dei gestori nei confronti delle tematiche ambientali e specificatamente dei marchi di qualità ecologica e la loro disponibilità ad adottarli nelle proprie strutture. L’indagine mostra una completa disinformazione e disinteresse nei confronti della tematica, risultato che, in un ottica bottom-up dell’applicazione delle politiche ambientali nel settore turistico, deve cercare di essere invertito con azioni mirate che pongano l’ambiente e la comunità locale al centro delle azioni di sostenibilità nelle destinazioni turistiche.

Analisi del sistema radio in tecnologia Tetra in uso presso la rete di trasporti pubblici della città di Bologna gestita da Tper spa, individuazione delle criticità e proposte per possibili miglioramenti ed aggiornamenti.

L'analisi dello stato dell'arte suggerisce che la combinazione di processi di produzione, solitamente impiegati per l’elaborazione di strutture differenti, comporta la produzione di dispositivi a base biopolimerica con strutture complesse e proprietà rilevanti. L'obiettivo di questo lavoro di ricerca è stato quello di esplorare i diversi vantaggi dei metodi di elaborazione combinati sia in one-step che in two-steps. In particolare, sono state testate diverse combinazioni di processing al fine di ottenere dispositivi a base biopolimerica con strutture e proprietà non ottenibili da singoli processi, trattamenti o materiali. Ogni dispositivo è stato caratterizzato al fine di comprendere le relazioni tra processo-proprietà e struttura. La preparazione di vari dispositivi per applicazioni diverse ha dunque dato prova di come questa strategia risulti vincente al fine di creare strutture complesse

2007/2008
The objective of this Doctoral Thesis was to provide the archaeologists of the École Française de Rome, of CNRS Aix en Provence, and all those who carry out research on the territory of Aquileia with a tool enabling them to organize, store, visualize, share and compare the findings of a multitude of disciplines involved - their common subject being the ancient structures of the Fluvial Port of Aquileia. The study was carried out in the framework of a PICS-project and is based on the most recent findings on Roman Time - Aquileia, yet covering its complete history until the 19th and 20th century. Several institutions, departments and bodies both in Italy and abroad have been consulted for documents and technical support material. The result was an exhaustive collection of documents that was successively re-organised in a SIT-system, which had been created through constant exchange and consultation with the final user - the archaeologist himself. From the very outset the objective was not to create a mere IT application, but rather a tool for the efficient management of archaeological data which may in itself become an instrument for research and lead to new findings. The study ultimately proposes itself as a first step towards a better sharing of information through a common platform and better integration of technical and humanistic disciplines.
XXI Ciclo
1971

Il presente elaborato di tesi tratta la valutazione di differenti sistemi di controventatura, sia dal punto di vista di risposta ad un evento sismico che in termini di perdite economiche legate al danneggiamento delle varie componenti. Tra di esse è presentata anche una nuova tipologia strutturale, ideata per ridurre il comportamento “soft-story” e “weak-story”, tipico delle strutture controventate convenzionali. In questo caso, è integrata alla struttura una trave reticolare metallica, che funge da supporto verticale ed è progettata per rimanere in campo elastico. Tale sostegno garantisce una distribuzione più uniforme degli sforzi lungo l’intera altezza della struttura, anziché concentrarli in un unico piano. La ricerca tratta lo studio della fattibilità economica di questa nuova tecnologia, rispetto alle precedenti soluzioni di controventatura adottate, confrontando le perdite economiche delle diverse soluzioni, applicate ad un unico prototipo di edificio collocato a Berkeley, CA. L’analisi sismica tiene in considerazione di tre diversi livelli di intensità, riferiti a un periodo di ritorno di 50 anni, corrispondente alla vita dell’edificio: questi sono caratterizzati dalla probabilità di ricorrenza, rispettivamente del 2%, 10% e 50% ogni 50 anni. L’ambito di ricerca presentato è estremamente innovativo e di primario interesse per lo sviluppo di uno studio sulla resilienza, che può essere adattato anche in un modello di urbanizzazione futura.

Lo scopo di questa tesi è in primo luogo quello di identificare e classificare le tecnologie e le pratiche connesse alla smart mobility, aspetto cruciale delle moderne smart cities, dopodichè di descrivere l’analisi e la progettazione di un simulatore del traffico urbano in una determinata zona sfruttando le potenzialità della programmazione ad agenti. Se da un lato non si può prescindere da una serie di fattori abilitanti per la smart mobility quali connettività a banda larga, tecnologie mobile ed embedded e sensoristica, è altrettanto vero che la mancanza di un approccio strutturato alla materia e il ventaglio enorme di possibilità offerto dall’evoluzione tecnologica e dal continuo emergere di nuovi framework concettuali rendono possibile e necessaria l’esplorazione e l’applicazione di queste nuove tecnologie a supporto della smart mobility. L’obiettivo di questo elaborato è quindi quello di utilizzare un framework composto da agenti ed artefatti (JaCaMo) per simulare l’andamento del traffico e il comportamento degli utenti della strada, fornendo un middleware a supporto delle scelte di chiunque dedichi tempo e risorse a un progetto di smart mobility, stimando a priori il comportamento dei cittadini e analizzando i dati raccolti nel corso della simulazione. L’adozione del paradigma ad agenti autonomi ed artefatti, oltre a modellare efficacemente il dominio urbano grazie al concetto di workspace, ha dato origine a una MAS-based simulation, dove gli utenti della strada (automobilisti, mezzi pubblici, mezzi di soccorso, forze dell’ordine) sono fortemente autonomi e gli elementi dell’infrastruttura stradale (stazioni, fermate, semafori) trovano una ideale corrispondenza con gli artefatti. In definitiva, questo lavoro si pone come un punto di partenza per la modellazione e la simulazione di un contesto di traffico urbano e più in generale rappresenta un piccolo mattoncin nella grande opera di costruzione e ampliamento delle smart cities.

Il presente elaborato di tesi rientra nel progetto regionale TimeSafe,il quale prevede lo sviluppo di tecnologie integrate ed innovative a limitato impatto ed invasività per il miglioramento sismico di edifici senza interruzione d’uso. In particolare, lo scopo dell’elaborato di tesi è quello di studiare l’interazione fra una struttura esistente e un sistema innovativo di rinforzo esterno basato sull'utilizzo di casseforme coibentanti in polistirene con armature metalliche integrate, elementi in calcestruzzo gettato e proiettato e relativi sistemi di collegamento. Si vuole inoltre capire se è possibile progettare il sistema di rinforzo TimeSafe considerando come elementi sismo-resistenti nei confronti degli Stati Limite Ultimi (SLV e SLC) solamente traversi e pilastri o se è necessario modellare anche il contributo della parete di completamento per raggiungere il livello di sicurezza richiesto. Pertanto, si studia in tal senso dapprima la vulnerabilità della struttura esistente nei confronti dell’azione sismica, quindi si valuta il miglioramento ottenibile applicando la tecnologia di rinforzo TimeSafe. In questa fase si effettuano diverse prove finalizzate a trovare la migliore soluzione di rinforzo dal punto di vista strutturale e costruttivo. Parallelamente si intende definire un criterio di progetto fruibile anche in campo professionale attraverso cui effettuare il dimensionamento delle armature del sistema di rinforzo e le relative verifiche, in funzione sia della vulnerabilità sismica dell’edificio esistente sia del livello di sicurezza che si vuole raggiungere. Lo studio comprende analisi in campo lineare della struttura pre e post-intervento, le quali permettono di valutare la vulnerabilità e fungono anche da supporto e controllo per le analisi successive svolte in campo non lineare. Queste ultime consentono di valutare sia come si modifica il meccanismo di collasso della struttura una volta inserito il rinforzo, sia come cambia la sua vulnerabilità.

Questa Tesi si occupa di una derivazione di un meccanismo con amplificazione inerziale per lo smorzamento delle vibrazioni, il quale è stato usato come un meccanismo costituente di un oscillatore semplice, ovvero di un modello matematico fondamentale su cui è basata la dinamica strutturale, aumentandogli notevolmente la sua complessità geometrica. Viene studiata la risposta dinamica ottenuta dall’analisi armonica, in quanto lo stesso è soggetto alla forzante passiva. Lo studio del comportamento dinamico ingloba un percorso, il quale parte dalla descrizione matematica dell’equilibrio dinamico, nonché delle condizioni al contorno, tramite l’uso di analisi matriciale delle strutture e del calcolo complesso, e si conclude, derivando le grandezze cinematiche e dinamiche, necessarie affinché si possa determinare, in un modo chiaro e privo di ambiguità, lo stato del sistema dinamico. Il passo successivo risiede nell’analisi analitica e numerica dei risultati ottenuti e anche della visualizzazione grafica ed interpretazione degli stessi. Affinché i risultati possano essere considerati validi, occorre che gli stessi passino la procedura di validazione tramite l’uso degli esempi numerici. Successivamente, i risultati validati vengono confrontati con la stessa tipologia dei risultati derivati per gli oscillatori classici o gli oscillatori di riferimento, il quale comportamento è già noto nell’ambito della dinamica strutturale. La Tesi procede con l’applicazione pratica degli oscillatori per lo smorzamento delle vibrazioni. In particolare si studia la loro capacità di alterare la risposta dinamica complessiva del sistema di cui fanno parte, rispetto al caso in cui la stessa struttura è priva di essi. In fine la Tesi si conclude, mettendo in evidenza i vantaggi e gli svantaggi dell’oscillatore dotato di un meccanismo con amplificazione inerziale rispetto agli altri oscillatori classici.

This Ph.D. dissertation is the result of a three-year research activity focused on structural and seismic engineering applied to innovative timber constructive systems. The main purpose is to give a contribution to international scientific research and current design practice about the seismic behaviour of timber shear-wall systems, which still represent an innovation in the construction industry and are being developed due to their favourable characteristics. An initial overview on the use of main timber structural systems in seismic-prone areas for low- and medium-rise buildings is provided, within the context of current European seismic code. The theme of the seismic design of timber shear-wall systems is discussed in the first part, giving close attention to linear and non-linear modelling criteria: various strategies are proposed and main characteristics are highlighted. Basic definitions and concepts proper of the seismic analysis of timber structures are provided. A particular attention is paid to the definition and application of the capacity design approach and the close link with the concept of behaviour factor is emphasized. Finally, the definition of behaviour factor, as product between an “intrinsic” capacity of the structure and a design over-strength value is proposed. This definition allows to characterize the structural systems with their proper dissipative capacity and to evaluate separately the safety reserve introduced by design. The second part analyses the structural behaviour of the cross-laminated timber (CLT) technology, which represents one of the most common timber structural systems. The concepts of ductility, dissipative capacity, regularity and irregularity applied to CLT system are provided. The seismic response and the dissipative capacity of this system are firstly evaluated via an experimentally based procedure. Then, the evaluation of its intrinsic dissipative capacity is determined via non-linear numerical modelling with the aim of studying the correlation with the construction variables. Results show that the construction design decisions affect the seismic response and dissipative capacity of buildings, as opposed to apply a single behaviour factor value to the whole CLT technology. A statistical analysis applied to numerical results allowed also to propose analytical formulations for the computation of the suitable behaviour factor value for regular buildings. Then, the same analyses carried out on in-elevation non-regular buildings returned a correction factor to account for the reduction in dissipative capacity due to irregularity. The application of the CLT technology to realize high-rise buildings is presented in the third part, analysing the behaviour of slender buildings with seismic resisting core and perimeter shear walls. The major limitations and drawbacks in realizing these structures in areas characterized by high seismic intensity and their implication in the design are reported. The final part presents three novel structural systems as alternative to more common technologies, as CLT or platform frame. These innovative systems are characterized mainly by a diffuse dissipative and deformation capacity when subjected to seismic loads, while in CLT system such capacity is concentrated in connection elements. This different response is studied via quasi-static tests and numerical simulations. In detail, two non-glued massive timber shear walls and a mixed steel-timber wall with an innovative bracing system are presented.
Questa tesi di dottorato è il risultato di tre anni di attività di ricerca in ambito ingegneristico strutturale applicato allo studio di sistemi costruttivi innovativi in legno. Il principale obiettivo è quello di fornire un contributo alla ricerca scientifica internazionale e ai metodi attuali di progettazione in merito alla risposta sismica di sistemi in legno a pareti sismo-resistenti, i quali rappresentano tutt’ora un’innovazione nel settore delle costruzioni e si stanno diffondendo grazie alle loro caratteristiche favorevoli. Una panoramica iniziale sull’utilizzo dei principali sistemi strutturali in legno in zone sismiche per la realizzazione di edifici bassi o di media altezza viene fornita e contestualizzata nella vigente normativa sismica europea. La prima parte della tesi affronta il tema della progettazione sismica di sistemi a pareti in legno, con particolare attenzione ai criteri di modellazione lineare e non lineare, proponendo diverse strategie ed evidenziandone le caratteristiche. In questa parte vengono forniti inoltre definizioni e concetti fondamentali propri dell’analisi sismica di strutture in legno. Un’attenzione particolare è riservata alla definizione e applicazione del “capacity design”, sottolineandone lo stretto legame con il concetto di fattore di struttura. Viene proposta infine una definizione del fattore di struttura come prodotto tra una parte intrinseca alla struttura e una sovraresistenza di progetto. Tale definizione permette di caratterizzare i sistemi strutturali con la propria capacità dissipativa e di valutare separatamente la riserva di sicurezza introdotta dalla progettazione. La seconda parte della tesi analizza il comportamento strutturale della tecnologia X-Lam (CLT), che rappresenta uno dei più comuni sistemi strutturali in legno. In questa parte vengono approfonditi i concetti di duttilità, capacità dissipativa, regolarità e irregolarità applicati al sistema X-Lam. La risposta sismica e la capacità dissipativa di questo sistema sono state preliminarmente valutate tramite una procedura analitico-sperimentale. Modelli numerici non-lineari hanno quindi permesso di valutarne la capacità dissipativa intrinseca in funzione delle variabili costruttive proprie del sistema. I risultati mostrano come le decisioni costruttive in fase di progettazione influenzino la risposta sismica dell’edificio; ciò è in contrasto all’applicazione di un unico valore del fattore di struttura per l’intera tecnologia X-Lam. Un’analisi statistica applicata a tali risultati numerici ha consentito di proporre formulazioni analitiche per il fattore di struttura per edifici regolari in funzione delle caratteristiche dell’edificio stesso. Infine, le stesse analisi condotte su edifici non regolari in altezza hanno fornito un coefficiente per tenere in conto della riduzione di capacità dissipativa a causa dell’irregolarità. Nella terza parte viene presentata un’applicazione della tecnologia X-Lam per costruire edifici alti, analizzando il comportamento di edifici snelli con nucleo sismo-resistente e pareti aggiuntive perimetrali. Vengono riportati inoltre le principali limitazioni e inconvenienti nel realizzare tali strutture in aree caratterizzate da elevata intensità sismica e le loro implicazioni nella progettazione. La parte finale descrive e analizza tre sistemi strutturali in legno innovativi, come alternative a tecnologie più comuni, quali X-Lam o platform-frame. Questi sistemi, soggetti ad azioni sismiche, sono caratterizzati da una capacità deformativa e dissipativa diffusa, al contrario del sistema X-Lam in cui tale capacità è concentrata principalmente negli elementi di connessione. Questa risposta differente è studiata attraverso test sperimentali quasi statici e simulazioni numeriche. In dettaglio, sono presentati e analizzati due sistemi a pareti massicce stratificate; realizzate senza l’uso di colla tra gli strati e una parete ibrida acciaio-legno con un sistema innovativo di controvento.

Dottorato di Ricerca in Biologia Animale, XXIII Ciclo,a.a. 2009-2010
In this work we studied the bacterial over-expression of two human transporters belonging the Organi Cation Trasportr Novel (OCTN) protein family. This family includes the mammalian plasma membrane transporters OCTN1, OCTN2 and OCTN3, which share more than 66 % identity with each other. Defects of OCTN1 and OCTN2 are associated with the Crohn disease and the primary carnitine deficiency, respectively. The molecular and functional studies of these transport systems are hampered by the difficulties in bacterial overexpression and solubilization. Thus, the transporters have been functionally characterized in cell systems like oocytes expressing the protein at low level (Lahjouji et al 2001; Tamai et al 1997) or in proteoliposomes reconstituted with the protein extracted from kidney cells (Pochini et al 2004). On the one hand the OCTN2 has been well characterized. On the other hand many discrepancies about the function of OCTN1 have been reported (Lahjouji et al 2001; Tamai et al 1997; Yabuuchi et al 1999). OCTN2 catalyzes a sodium-dependent antiport of carnitine with itself or carnitine derivatives. It was found that some drugs, such as omeprazole, can interact with the transporter (Pochini et al 2009). However, so far, no examples of strategies of large scale over-expression and/or purification of these proteins have been reported and, hence, no structural data are available. Here, the first successful procedures for the large scale over-expression and purification of the transporters are described. The hOCTN1 cDNA, previous obtained from primary human fibroblasts, was cloned in different plasmids, and the best over-expression was obtained with the pH6EX3 in RosettaGami2(DE3)pLysS strain. The expressed protein results as a 6-His tagged protein. Also the hOCTN2 cDNA was cloned in several plasmids but the recombinant protein was obtained only using pET41 in E.coli 5 Rosetta(DE3)pLysS. By this strategy, the OCTN2 was expressed as GST-6His tagged protein. The over-expressed OCTN1 and OCTN2 had an apparent molecular mass of 58 kDa and 87 kDa, respectively, calculated on the basis of SDS-page, and were both collected in the insoluble fraction. For purification strategy, the two over-expressed transporters were washed with a buffer containing sarkosyl and urea and applied on different Ni2+-chelating chromatography columns. The protein OCTN1 was eluted with a buffer containing 50 mM imidazole and 0.1 % Triton X-100, in quantitiy of 3 mg per litre of cell culture, and then incubated with -mercaptoethanol, to strongly reduce the disulphide bonds; by this way, a different migration on SDS-page to exact molecular weight was observed. The protein OCTN2, previous to be applied on a chromatography column, was treated with DTE and then eluted in the same buffer used for OCTN1 but at different pH. About 0.2 mg of protein per liter of cell culture were obtained. OCTN2 was then, incubated with thrombin 0.1U/l at 25°C and after 4 hours we observed the separation of hOCTN2 and GST fusion tag on SDS-page.
Università della Calabria

Il lavoro di tesi di dottorato ha lo scopo di studiare teoricamente il processo di trasporto di carica in nanobiostrutture, quali ad esempio nanoparticelle e nanofili, da un punto di vista classico e quantistico. L’argomento è di forte interesse dato il continuo miglioramento tecnologico che rende disponibili un numero crescente di dispositivi con dimensioni caratteristiche di pochi nanometri il cui comportamento elettrico non sempre è spiegabile dai modelli teorici già noti. Viene proposto un nuovo modello che permette di valutare in forma analitica l’andamento della funzione di correlazione delle velocità alla temperatura T, dello spostamento quadratico medio e del coefficiente di diffusione D anche su scale temporali estremamente ridotte, dell’ordine del tempo medio tra gli urti dei portatori di carica. Il modello proposto è stato utilizzato per analizzare dati sperimentali dei materiali più comunemente utilizzati e studiati in tale settore, ossia l’ossido di zinco (ZnO), il biossido di titanio (TiO2), l’arseniuro di gallio (GaAs), il silicio (Si) e i nanotubi di carbonio “single walled” (SWCN). Tale modello non richiede l’aggiunta di parametri non pienamente giustificabili fisicamente, come avviene ad esempio nel caso del modello di Smith e fornisce risultati nuovi (come un’alta diffusività iniziale e fenomeni iniziali di natura oscillatoria in nanodispositivi anche a livello sensoristico), che si prestano a conferma da parte dell’attività sperimentale.
My doctorate thesis has the purpose to study theoretically the transport processes in nanobiostructures, like nanoparticles and nanowires, from a classical and quantum point of view. The matter is of high interest considering the continuous technological improvement, which makes possible an increasing number of devices with characteristic dimensions of few nanometers, whose electric behavior is not always explainable with the known available theoretical models. A new model is proposed, which allows to evaluate in analytical modality the velocities correlation function at temperature T, the mean square deviation of position and the diffusion coefficient D, also on extremely small temporal scales, of order of the average time among the collisions of carriers. The proposed model has been used for analyzing experimental data of the most commonly used and studied materials in such sector, i.e Zinc Oxide (ZnO), Titanium Dioxide (TiO2), Gallium Arsenide (GaAs), Silicon (Si) and "single walled" Carbon Nanotubes (SWCN). This new model doesn't require not fully physically justified parameters, as for example in the Smith model, and it offers new results (like a high initial diffusivity and initial oscillating phenomena in nanodevices also at sensoristic level), which are material of confirmation from the experimental activity.

La tematica scientifica proposta si colloca nel settore di studio del management in architettura ed affronta trasversalmente lo studio di strumenti e metodi di valutazione e dei modelli per l'edilizia sanitaria, come campo di applicazione degli strumenti di valutazione. Con questa ricerca ci si propone di porre le basi per la configurazione di un protocollo LEED® applicabile in Italia, specifico per l’edilizia sanitaria. In questo ambito, non si ha presunzione di creare una vera e propria versione local di LEED® for Helthcare, ma di fare uno studio preliminare, fine alla comprensione delle criticità del passaggio da una versione global ad una local, per la realtà italiana, specifica per l'edilizia sanitaria, con una visione critica del protocollo. Tale studio si concretizzerà con una prima ipotesi di trasposizione local delle voci specifiche del protocollo LEED® for Healthcare per l'adattamento alla realtà costruttiva, normativa e produttiva italiana. Questo lavoro ha come filo conduttore la ricerca e la promozione della qualità e dell'appropriatezza dell'edilizia, in particolare nell'ambito delle strutture sociosanitarie. The research operates in the field of architecture's management and explores the assessment's tools and methods. The aim is to define actions and tools to incentive sustainability in the construction industry, with particular reference on Healthcare facilities, through valuations, study and comparison of alternative solutions. This can be reached with the use of evaluation protocols. The evaluation protocols have a dual role. First they assure a valid tool to understand the quality and the pertinence of the solution. Second, they give methodological guidelines to perform a good design and realization of constructions. The tool analysed is the LEED® protocol. The aim is to understand the criticality of the transition from a global to a local version, applied to the Italian reality, using the rating system LEED® for Healthcare V4. The study is done keeping a critical vision of the tool and it is put into effect with a first proposal of Italian LEED® for Healthcare.

Alla luce di un’approfondita analisi dello stato dell’arte dei modelli per il calcolo delle emissioni si è proposto un nuovo approccio per superare i problemi dei modelli attuali. Si sono analizzate tre categorie di modelli, quelli basati sui fattori di emissione, quelli basati sui cicli di marcia medi e quelli basati sulla microsimulazione. I primi sono senz’altro i più diffusi, semplici da usare ed affidabili per ottenere dei valori medi su grandi aree, tuttavia si è dimostrato come a livello locale falliscano commettendo errori anche del 200% sul singolo arco ed anche maggiori sulla singola sezione d’arco. I secondi, per quanto abbiano avuto degli ottimi spunti sono ormai in via di abbandono perché a fronte di onerosissime campagne di acquisizione si ottengono dei modelli assolutamente inflessibili e tendenti all’obsolescenza precoce. I terzi sono i più studiati e promettenti tuttavia soffrono di due problemi, il primo è quello di richiedere enormi potenze di calcolo, problema che si risolverà da solo col tempo con l’aumento delle capacità di calcolo degli elaboratori commerciali, il secondo, di molto più difficile soluzione, è la cronica dipendenza da dati sperimentali del modello a tutti i livelli. Inoltre l’uso di questi ultimi modelli ha dimostrato che, sebbene possibile a livello teorico gestire grosse reti, sia molto semplice perdere il controllo delle simulazioni qualora la rete si allarghi al punto di non poter più guardare ogni veicolo della simulazione individualmente. Il modello che risolverebbe i problemi del calcolo delle emissioni è un modello accurato al contempo in locale e su vaste aree che descriva in dettaglio il fenomeno ma che si accontenti di lavorare, se non con pochi dati sperimentali, quantomeno con dati di facile reperimento. Per fornire un tale strumento si è pensato di integrare i valori di tre livelli di simulazione il tradizionale livello macro utilizzato per la pianificazione dei trasporti, un livello micro utilizzato solo a livello locale (quindi grandemente più semplice da gestire ed affidabile) per descrivere in dettaglio il moto dei veicoli sulla rete ed un livello ultra-micro che simula il singolo veicolo. L’architettura complessiva del modello proposto è organizzata in tre step corrispondenti ai tre livelli di simulazione. In particolare ognuno dei tre livelli di simulazione svolge parte del calcolo nel seguente modo: 1. il modello macro è un tradizionale modello trasportistico che identifica i flussi di traffico e le velocità medie dei flussi sugli archi della rete partendo dalle condizioni socioeconomiche, dalle caratteristiche del territorio e dalla rete dei trasporti; 2. il modello micro ricostruisce i diagrammi di marcia di tutti i veicoli transitanti su ogni arco nella finestra temporale della simulazione a partire dai valori di flusso e velocità media del singolo arco determinati dal modello macro; 3. il modello ultra-mico calcola il consumo di combustibile (energia) e le emissioni inquinanti di ogni singolo veicolo su ogni arco a partire dal diagramma di marcia determinato dal modello micro, dalle caratteristiche del veicolo assegnate probabilisticamente in accordo con la composizione veicolare e dalle pendenze degli archi percorsi. Questa ricerca non apporta nessuna particolare innovazione al modello macro utilizzato e, può addirittura rinunciare all’uso di un modello per determinare i flussi e le loro velocità medie qualora si disponga di dati tali dati perché sperimentalmente misurati sulla rete. Il modello macro scelto è un software commerciale, TRANSCAD® della Caliper, che coniuga le capacità trasportistiche con una gestione geografica GIS (Geographic Information System) dei dati che facilita visualizzazione e trattamento dei dati sia di input che di output del modello. Il modello micro determina i cicli di marcia dei veicoli presenti sull’arco nella finestra temporale. Per fare ciò oltre agli input che provengono dal modello macro, flusso medio d’arco nella finestra temporale, velocità media del flusso e le caratteristiche geometriche dell’arco per ogni arco, ha bisogno di alcuni parametri quali la distanza libera che il veicolo accetta senza accodarsi o iniziare la manovra di sorpasso e la velocità che il veicolo manterrebbe se fosse solo sull’arco. Tali parametri scaturiscono da una calibrazione effettuata, tramite dati sperimentali, su un certo numero di archi “tipo”. I risultati della calibrazione sono anch’essi input al modello micro. Il modello macro fornisce al micro il numero di veicoli che accedono ad ogni arco nell’unità di tempo ma non l’esatta distribuzione degli accessi. In prima ipotesi il modello micro considera gli ingressi dei veicoli ad ogni arco scaglionati secondo una distribuzione statistica quindi, una volta simulati tutti gli archi della rete, verifica che la distribuzione assunta per ogni arco sia coerente con i risultati ottenuti alla fine degli archi confluenti. Se le distribuzioni differiscono il procedimento di calcolo viene iterato adottando come distribuzioni d’ingresso quelle ricavate a valle della precedente simulazione. L’ultimo passo della simulazione consiste nel determinare per ogni veicolo su ogni arco, di cui istante per istante si conoscono i cicli di marcia, emissioni e consumi istantanei. Oltre a cicli di marcia e pendenza della strada il simulatore ultra-micro necessita di altri input quali la densità dell’aria (o temperatura, pressione ed umidità relativa) e le caratteristiche del veicolo. In dettaglio per ogni veicolo è necessario conoscere: la superficie frontale, il coefficiente di penetrazione aerodinamica CX, la massa a vuoto, la condizione di carico ed i piani quotati potenza, consumo ed emissioni specifiche del motore. Dati di tale dettaglio identificano il singolo veicolo con notevole precisione, tuttavia che sia proprio quel singolo veicolo di cui si hanno i dati ad essere in quel preciso istante su quel dato arco è un’ipotesi piuttosto restrittiva. Quindi si è ritenuto di suddividere i veicoli in “classi veicolari” i cui veicoli hanno caratteristiche simili tra loro e raccogliere dati caratteristici della classe e non del singolo veicolo. Variazioni possono senz’altro esistere ma se l’appartenenza di un veicolo ad una certa classe è ben studiata tali variazioni sono piuttosto contenute. Si è scelta, come classificazione, quella adottata dal progetto MEET (MEET Consortium, 1999: 49–51) che suddivide i veicoli secondo la taglia del motore, il combustibile l’anno di prima immatricolazione tuttavia tale classificazione non è vincolante e si potrebbe scendere in maggior dettaglio qualora lo si ritenesse necessario. Gli output della catena di modelli consistono nelle emissioni istantanee di ogni veicolo presente sulla rete in ogni istante della finestra temporale. Per renderli fruibili questi dati possono essere aggregati per posizione geografica, per tempo, per veicolo, per strada o anche per combinazioni di questi fattori. A tale scopo la catena di modelli è completata dall’interfaccia grafica GIS, che è indispensabile per il trattamento dei dati che altrimenti sarebbero solo “montagne” di numeri.