Thèses sur le sujet « Numeriche »

In the last decades several studies have demonstrated that some numerical abilities are not strictly related to symbolic language and they are not a human prerogative. Recently the ability to discriminate between two quantities has been demonstrated also in fish. The aim of this project was to study the mechanisms underlying the non verbal numerical abilities in vertebrates. I investigated whether fish possess two independent numerical systems for the representation of small (<4) and large (>4) number or they possess a unique system that operates on the whole numerical scale. Both spontaneous choice and training experiments demonstrated that the ability to discriminate between large quantities was approximate and strongly dependent on the ratio between the numerosities, while discrimination in the small quantity range was not dependent on ratio and discriminating 3 from 4 was as easy as discriminating 1 from 4. The second part of the project regards the ontogeny of the ability to discriminate quantities. These experiments showed that the ability of fish to discriminate small numbers is innate and it is displayed immediately at birth while discrimination of large numbers emerges later as a result of both maturation and social experience. The third part concerns the role of non numerical variables in the discrimination of quantities. These experiments showed that fish are able to discriminate quantities even after the access to non numerical cues was made difficult and that learning a discrimination by using only numerical information is not more difficult than learning it by using only the non numerical variables. Finally, to investigate whether fish and humans share the same non verbal numerical systems, I carried out some experiments in which I compared fish and university students for their ability to discriminate the same numerical contrasts. Taken together these findings support the suggestion that discrete and continuous quantities are processed in humans and nonhuman animals by systems that evolved from a common ancestor more than 450 million years ago.
Negli ultimi anni è stato ampiamente dimostrato che le capacità numeriche non sono una prerogativa esclusivamente umana, infatti alcune abilità numeriche sono presenti anche in molte specie animali. Recentemente è stato dimostrato che anche i pesci sono in grado di compiere delle discriminazioni numeriche, e per questo sono stati utilizzati come modello sperimentale nel presente lavoro, allo scopo di approfondire lo studio dei meccanismi alla base delle abilità numeriche non verbali nei vertebrati. Una prima serie di esperimenti ha indagato se vi siano uno o due sistemi numerici non verbali nei pesci. I risultati, provenienti sia dagli esperimenti condotti con la procedura della scelta spontanea che da quelli condotti con la procedura di addestramento, hanno evidenziato come la capacità di discriminare grandi quantità (>4) sia fortemente influenzata dal rapporto numerico, mentre le discriminazioni tra piccole quantità (<4) non lo siano, in quanto discriminare 1 vs. 4 sarebbe facile quanto discriminare 3 vs. 4. Un secondo aspetto analizzato riguarda l’ontogenesi delle abilità numeriche. Questi esperimenti hanno evidenziato che nei pesci la capacità di discriminare piccole quantità è innata e presente fin dalla nascita, mentre quella di discriminare grandi quantità emerge più tardi come risultato della maturazione e dell’esperienza sociale. In seguito sono stati condotti una serie di esperimenti allo scopo di valutare il ruolo delle variabili non numeriche nelle discriminazioni di quantità: è emerso che i pesci sono in grado di discriminare diverse quantità anche quando l’accesso alle variabili non numeriche viene limitato; inoltre è stato dimostrato come per i pesci non sia più difficile apprendere una discriminazione sulla base della sola informazione numerica piuttosto che affidandosi alle sole variabili non numeriche, suggerendo che anche per i pesci il numero potrebbe essere una caratteristica primaria così come lo sono altre dimensioni degli stimoli. Infine in una serie di esperimenti le prestazioni dei pesci sono state confrontate con quelle degli esseri umani adulti in compiti paragonabili, allo scopo di verificare se i meccanismi alla base della discriminazione non verbale di quantità siano gli stessi in tutti i vertebrati. Nel loro insieme questi dati supportano l’ipotesi che sia nell’uomo che nei pesci le quantità siano elaborate attraverso dei sistemi che potrebbero essere evoluti da un comune antenato più di 450 milioni di anni fa.

In questa tesi verrà introdotto il problema dell'Image Restoration, dandone un modello matematico continuo, che verrà discretizzato, e saranno presentati due metodi di filtraggio di immagini, TSVD e Tikhonov, che hanno come obiettivo quello di regolarizzare tale problema. Inoltre si mostreranno, sia a livello analitico, che tramite sperimentazioni, possibili strategie per la realizzazione di questi metodi in modo efficiente tramite l'ausilio dell'algoritmo FFT , con notevole vantaggio computazionale.

Since the discovery of supergravity, and its extended versions, it has always been interesting to investigate and analyze the structure of the scalar potential and its minima. There are several reasons for this study, spanning from phenomenology to cosmology, and more came out after the formulation of the AdS/CFT conjecture. Due to the great interest around this subject, many techniques have been developed along the years to compute and examine the vacua for those theories. Particular attention has been given from the scientific community to minima of the maximally supersimmetric supergravities, the rationale behind it being the fact that the field content and the lagrangian is completely specified by supersymmetry in these cases. This work moves in this frame and further develops the community’s endeavour aimed at better understanding the structures of supergravities and string theories and relating the latter to cosmological and phenomenological observations. In particular, maximally supersymmetric supergravities have been scrutinized in 5 and 7 spacetime dimensions, led by the idea of relating our results to conformal field theories in 4 and 6 dimensions respectively. In order to accomplish this highly complicated task, involving NP problems, several methods have been adopted throughout the work, in particular analytic techniques, first adopted in, allowed the scan of all the gaugings and of the whole space of theories in a simple way. We have deepened this analysis by employing algorithms used in the realm of post-quantum cryptography, succeeding therefore in pushing the analytical methods used for scrutinizing the vacua of supergravity theories further than what was previously possible. We went even further, and adopted a different perspective: instead of solving the system of quadratic equations, we tried a direct minimization of certain fitness functions related to the system of quadratic constraints. Implementing and developing numerical optimization algorithms used, nowadays, especially in the Artificial Intelligence universe, we have been able to analyze deeply the parameter space for maximal gauged supergravity theories. In certain special cases we also reconstructed or obtained the analytical solutions from the numerical results.
Since the discovery of supergravity, and its extended versions, it has always been interesting to investigate and analyze the structure of the scalar potential and its minima. There are several reasons for this study, spanning from phenomenology to cosmology, and more came out after the formulation of the AdS/CFT conjecture. Due to the great interest around this subject, many techniques have been developed along the years to compute and examine the vacua for those theories. Particular attention has been given from the scientific community to minima of the maximally supersimmetric supergravities, the rationale behind it being the fact that the field content and the lagrangian is completely specified by supersymmetry in these cases. This work moves in this frame and further develops the community’s endeavour aimed at better understanding the structures of supergravities and string theories and relating the latter to cosmological and phenomenological observations. In particular, maximally supersymmetric supergravities have been scrutinized in 5 and 7 spacetime dimensions, led by the idea of relating our results to conformal field theories in 4 and 6 dimensions respectively. In order to accomplish this highly complicated task, involving NP problems, several methods have been adopted throughout the work, in particular analytic techniques, first adopted in, allowed the scan of all the gaugings and of the whole space of theories in a simple way. We have deepened this analysis by employing algorithms used in the realm of post-quantum cryptography, succeeding therefore in pushing the analytical methods used for scrutinizing the vacua of supergravity theories further than what was previously possible. We went even further, and adopted a different perspective: instead of solving the system of quadratic equations, we tried a direct minimization of certain fitness functions related to the system of quadratic constraints. Implementing and developing numerical optimization algorithms used, nowadays, especially in the Artificial Intelligence universe, we have been able to analyze deeply the parameter space for maximal gauged supergravity theories. In certain special cases we also reconstructed or obtained the analytical solutions from the numerical results.

Questo lavoro si focalizza nella descrizione fisica dei plasmi a bassa temperatura. Si riporta un'introduzione nella quale essi vengono descritti. Viene fornito un elenco di una serie di possibili applicazioni in ambito industriale e in ambito aerospaziale. In questo elaborato sono state descritte le principali lavorazioni al plasma, utilizzate principalmente nell'industria microelettronica, come ad esempio la deposizione e l'incisione. Vengono descritte inoltre le principali tecniche di propulsione elettrica elencando e descrivendo le principali tipologie di propulsori utilizzati. Vengono analizzati i plasmi anche a livello microscopico per studiarne la dinamica; si è visto come essi siano formati da un numero elevato di particelle cariche che si muovono in risposta alla forza elettromagnetica (forza di Lorentz) associata ai campi elettromagnetici e che esse urtano tra di loro, rendendo complesso il loro studio. Viene poi illustrato il processo di ionizzazione di un gas descrivendo la sua struttura atomica ed elencando alcuni dei processi che portano alla ionizzazione. Per lo studio del comportamento di un gas ionizzato le informazioni riguardanti le collisioni atomiche sono molto importanti ma allo stesso tempo difficili da raccogliere e catalogare; sono stati analizzati i diversi tipi di scambio di energia che avvengono tra le particelle (elastico, anelastico, superelastico, radiativo e attachment). Infine sono stati confrontati due diversi modelli cinetici per plasmi di Argon ad alta pressione. Sono state effettuate delle simulazioni numeriche, grazie all'utilizzo del software gratuito ZDPlaskin, per confrontare i risultati dei due diversi modelli cinetici a diversi livelli di campi elettrici ridotti.

Le particolarità morfostrutturali del Mar Mediterraneo Orientale portano alla luce una serie di evidenze che stabiliscono la presenza di trasporti di massa sottomarini. In questo lavoro di tesi vengono prese in considerazione due zone peculiari del bacino: la parte occidentale, largamente influenzata dal trasporto di detriti fluviali da parte del fiume Nilo e la parte orientale, caratterizzata dalla presenza del monte Eratostene, un Guyot sottomarino di origine tettonica. Dopo una breve introduzione ai principali concetti che caratterizzano le frane, vengono descritti i modelli numerici attraverso cui è possibile simulare il moto della massa mobilizzata. A seguire saranno illustrate le prove a favore della presenza di trasporti di massa nelle zone di interesse e individuati due scenari di frana, uno per ogni zona. Si procederà con la ricostruzione degli eventi e tramite analisi di sensibilità dei parametri che maggiormente influenzano il moto della massa si arriverà a determinare una simulazione di riferimento per ciascuno scenario. In particolare si valuterà la perturbazione generata nel bacino sotto forma di onde: è noto infatti che una delle principali cause di tsunami sono proprio i movimenti di massa sottomarini. Le simulazioni di riferimento saranno utilizzate per calcolare la propagazione dell'onda di tsunami generata e le massime altezze che questa potrà raggiungere.

Lo scopo della tesi, una volta analizzato il modello fisico-matematico del processo di acquisizione dei dati, è stato quello di studiare opportuni modelli matematici e algoritmi di ricostruzione per CBCT che fossero in grado di evidenziare i tessuti molli nei dati ricostruiti. La tesi si è svolta nell'ambito di una collaborazione scientifica con l'azienda Skanray di San Lazzaro.

In questo lavoro di tesi studieremo, con l’ausilio di simulazioni numeriche, le proprietà delle così dette onde di Alfvén in un magnetofluido ideale (ossia con resistività nulla) e non ideale (ossia in presenza di resistività). Dopo aver introdotto il lettore alle principali equazioni della magnetoidrodinamica, elaborando queste equazioni vedremo come in condizioni ideali (ossia senza resistività) in un plasma nel quale il campo magnetico è uniforme si possano generare delle onde trasversali che si propagano lungo la direzione del campo, le onde di Alfvén. Analizzeremo poi la stessa configurazione in presenza di resistività, la quale avrà come effetto principale uno smorzamento esponenziale dell'ampiezza dell'onda. Infine, effettueremo delle simulazioni numeriche di entrambe queste configurazioni con il codice magnetoidrodinamico Arepo e confronteremo i risultati ottenuti con le previsioni analitiche mostrando il buon accordo tra le simulazioni eseguite e la teoria.

Gli ultimi decenni sono stati protagonisti di un rapido sviluppo dell'informatica e dell'elettronica con importanti conseguenze in tutto il mondo tecnico e scientifico. In meccanica strutturale i principi energetici variazionali sono diventati la base teorica di molte procedure di analisi numerica. La tesi è uno studio sul Principio dei Lavori Virtuali e sul suo utilizzo pratico per dedurre modelli teorici strutturali in vari ambiti. Particolare enfasi viene inoltre posta sull’approccio numerico a questi modelli, visto che la diffusione dell'uso dei Personal Computer in qualsiasi applicazione ingegneristica è ormai capillare. Il principale obiettivo raggiunto è sicuramente l'aver dimostrato che anche teorie strutturali a prima vista molto complesse e le relative metodologie di analisi numerica si basano in realtà su un semplice principio il cui enunciato occupa poche righe, rimanendo da definire nello specifico solamente l'ambiente in cui tale principio opera e l'implementazione su elaboratore di un buon algoritmo solutore. Come originali esempi di applicazione pratica del PLV sono stati proposti: - Un metodo di analisi per strutture reticolari, usato concretamente per studiare una struttura reticolare pretesa in acciaio - Una cinematica del secondo ordine per la trave curva, di cui si è data anche un'interpretazione fisica e geometrica - Un modello tridimensionale di tipo Cosserat per definire il comportamento dei materiali ferroelettrici, insieme alla relativa interpretazione fisica a livello atomico - Un metodo generico per trasformare un modello continuo monodimensionale in discreto tramite la definizione di opportuni elementi finiti, valido per ogni cinematica non lineare del secondo ordine - Una generalizzazione del PLV in dinamica che coinvolge l'idea di dualità anche quando entra in gioco la dimensione tempo.
The last decades have been involved in a rapid development of computer science and electronics with major worldwide scientific and technical consequences. In structural mechanics the variational energetic principles have become the theoretical basis of many numerical analysis procedures. The thesis is a study on the Principle of Virtual Work and its practical use to deduce structural and theoretical models in various fields. Particular emphasis is also placed on the numerical approach to these models, since the widespread use of personal computers in any engineering application has become very common. The main aim reached is definitely to have shown that even at first sight very complex structural theories, and related numerical analysis methods, are actually based on a simple principle whose utterance occupies a few lines, remaining in the specific only to define the environment in which this principle operates and the implementation on a computer of a good solver algorithm. As original examples of practical application of the PVW has been proposed: - An analysis method for pin-jointed structures, practically used to study a prestressed pin-jointed steel structure. - A second order kinematics for curved beams, of which has also been given a physical and geometrical explanation. - A threedimensional Cosserat-like model to define the behavior of ferroelectrics materials, together with its physical interpretation at atomic level. - A generic method to transform a monodimensional continuous model in a discrete one, through the definition of suitable finite elements, usable for each non linear second order kinematics. - A PVW generalization for dinamics, which involves the notion of duality even when comes into play the time dimension.

All'interno dell'elaborato discuteremo la dimostrazione classica che viene data del Teorema di Dirichlet, il quale prova, sfruttando una serie di risultati in Teoria Analitica dei Numeri, l'infinità di numeri primi in progressioni numeriche del tipo a(n) = kn + k, a patto che MCD(k, h) = 1. Per raggiungere tale risultato, vengono presentate anche alcune dimostrazioni dei principali risultati di Teoria Analitica dei Numeri, tra cui la relazione di ortogonalità tra caratteri, che farà da "setaccio numerico" e ci permetterà di ottenere il risultato. Nel tentativo di provare il Teorema, introdurremo e enunceremo alcune proprietà delle funzioni Carattere di Dirichlet e delle funzioni L di Dirichlet, le quali rappresentano uno strumento fondamentale in molti risultati di Teoria dei Numeri, in particolare nello studio dei numeri primi.

Partendo da un'estensione delle classiche equazioni dell'elettromagnetismo sono state implementati opportuni schemi numerici al fine studiare il "near-field" di un'antenna biconica. L'estensione delle equazioni di Maxwell è stata necessaria per modellizzare una nuova situazione: è stata infatti considerata la possibilità di avere regioni spaziali in cui la divergenza del campo elettrico non fosse nulla, in particolare nelle zone in prossimità delle guide, trattate come conduttori non-perfetti. Le simulazioni sono state ambientate in uno spazio tridimensionale descritto in coordinate cilindriche e le equazioni sono state discretizzate usando schemi alle differenze finite. Dapprima sono stati condotti esperimenti numerici relativamente alla propagazione di onde solitoniche nel vuoto, quindi si è passati a considerare casi in cui queste attraversassero mezzi con diversa conduttività. Successivamente sono state individuate condizioni al bordo adatte a simulare l'interazione di un solitone con delle guide conduttrici ed infine, i risultati sono stati applicati al caso, più complesso, del campo elettromagnetico generato da un'antenna biconica. Solo in parte sono stati raggiunti gli obbiettivi preposti, ovvero comprendere a fondo il modo in cui un'onda elettromagnetica si comporta nel passaggio da uno stato in cui la sua evoluzione è guidata, ad uno in cui si propaga come onda libera.
By working with an extensions of the classical set of electromagnetic equations, we implemented some numerical techniques to study the near-field of a biconic antenna. Though the usual Maxwell's equations are included in the model, the generalization is necessary to handle the possible creation of regions displaying non-vanishing divergence in proximity of the boundaries, where perfect conductivity is not given for granted. Finite-difference schemes have been primarily used in a three-dimensional domain described by cylindrical coordinates. The numerical experiments include the simulation of solitary waves in vacuum and their behaviour when passing through media of different conductivity. In a successive development these waves are studied in conjunction with boundary constraints, due to the their interaction with the conductive guides. The goal of this analysis, only in part achieved, is a full understanding of the passage of the electromagnetic wave from the state of guided evolution to the one when the signal travels in free space.

2012 - 2013
La presente tesi di dottorato intende presentare i risultati della validazione di una procedura numerica innovativa per la simulazione dell'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. Prima di entrare nel merito di tale procedura si è ritenuto di introdurre il sistema costiero nel suo complesso e le problematiche ad esso correlate che rendono necessario, in talune circostanze, l'impiego di barriere frangiflutti di tipo sommerso o emerso al fine di preservare le fasce costiere stesse dall'attacco diretto del moto ondoso con conseguente erosione del litorale stesso. In questo spirito la presente tesi sarà articolata come segue: · In primo luogo sono presentate le definizioni fondamentali di litorale, di fascia costiera, di porto; vengono inoltre presentati i principali interventi messi in campo per la protezione della costa dall'erosione, nonché dei bacini portuali turistici e commerciali. Tra gli interventi di protezione di maggior impiego, vengono illustrate in modo approfondito alcune tipologie di opere, ovvero le barriere frangiflutti emerse, anche denominate "dighe marittime", poiché su queste ultime è incentrato il lavoro di ricerca svolto nei tre anni di dottorato. · Viene poi illustrato lo stato dell'arte nella modellazione numerica per ciò che attiene l'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. In particolare è stato possibile osservare, attingendo alla letteratura scientifica di settore, che esistono due approcci numerici distinti rispetto a queste problematiche, il primo, più antico ed ormai quasi totalmente superato, in base al quale la barriera frangiflutti viene assimilata ad una struttura omogenea totalmente impermeabile. Il secondo, di più largo impiego e temporalmente più recente del primo, assimila la struttura ad un sistema multi-strato dotato di un nucleo totalmente impermeabile sul quale poggia uno strato poroso all'interno del quale l'onda frangente sulla struttura può infiltrarsi. Quest'ultimo approccio è denominato in letteratura "Modello di mezzo poroso" ed ha fornito risultati abbastanza attendibili, benché non del tutto soddisfacenti, nel valutare l'interazione tra il moto ondoso e le barriere emerse. In particolare questo approccio necessita della calibrazione dei parametri legati alla porosità del sistema che non sono di semplice ed immediata determinazione. Lo strato poroso che poggia sul nucleo impermeabile, infatti, dovrebbe simulare il comportamento della mantellata esterna della barriera ma, come si avrà modo di dimostrare all'interno del presente elaborato, tale approssimazione mal simula il comportamento reale del fluido all'interno della mantellata stessa, in quanto tutti i fenomeni turbolenti che all'interno di quest'ultima si generano, sono totalmente trascurati utilizzando tale approccio. Viene quindi presentato un modello numerico innovativo, oggetto della presente tesi di dottorato, che dovrebbe consentire di superare tali limitazioni dell'approccio numerico rispetto alle problematiche legate all'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. · Lo scopo principale della presente tesi di dottorato è stato quello di effettuare una validazione del modello numerico implementato attraverso la comparazione dei risultati numerici con le evidenze presenti in letteratura scientifica. A tale scopo si è scelto di utilizzare dei parametri idraulici di grande rilievo nella progettazione e verifica di questa tipologia di opera, ovvero il run up, il coefficiente di riflessione e l'overtopping, le cui definizioni verranno fornite all'interno dell'elaborato. Per effettuare una validazione quanto più esaustiva possibile del modello sviluppato sono state ricostruite in 3D varie tipologie di opere a gettata, costituite da mantellate dotate di diversi massi naturali ed artificiali, la cui interazione con il moto ondoso è stata valutata prima con onde di tipo regolare e poi con onde di tipo random. · Infine vengono mostrati i risultati di una prima valutazione di massima della stabilità dei massi della mantellata esterna di barrire emerse attraverso la procedura numerica validata. · Seguono le conclusioni sul lavoro svolto. [a cura dell'autore]
XII n.s.

La tesi dottorale in oggetto prende spunto da alcune considerazioni di base relative alla salute di una comunità. Infatti quest’ultima si fonda sulla sicurezza dell’ambiente in cui vive e sulla qualità delle relazioni tra i suoi componenti. In questo ambito la mobilità rappresenta uno degli elementi di maggior criticità, sia per la sicurezza delle persone, che per la salute pubblica, che per le conseguenze sull’ambiente che ne derivano. Negli ultimi anni la circolazione stradale è notevolmente aumentata è questo ha portato a notevoli aspetti negativi, uno dei quali è connesso agli incidenti stradali. In tale ambito viene ricordato che l’Unione Europea ha da tempo indicato come obiettivo prioritario il miglioramento della sicurezza stradale e nel 2001 ha fissato il traguardo di dimezzare entro il 2010 il numero delle vittime degli incidenti stradali. Non ultima, l’approvazione da parte del Parlamento europeo e del Consiglio di un atto legislativo (d’imminente pubblicazione sulla GU Europea) relativo alla gestione della sicurezza in tutte le fasi della pianificazione, della progettazione e del funzionamento delle infrastrutture stradali, in cui si evidenzia l’esigenza di una quantificazione della sicurezza stradale. In tale contesto viene sottolineato come uno dei maggiori problemi nella gestione della sicurezza stradale sia la mancanza di un metodo affidabile per stimare e quantificare il livello di sicurezza di una strada esistente o in progetto. Partendo da questa considerazione la tesi si sviluppa mettendo in evidenza le grandezza fondamentali nel problema della sicurezza stradale, (grado di esposizione, rischio d’incidente e le possibili conseguenze sui passeggeri) e analizzando i sistemi adottati tradizionalmente per effettuare analisi di sicurezza: • Statistiche dei dati storici d’incidente; • Previsione da modelli basati su analisi di regressione dei dati incidentali; • Studi Before-After; • Valutazione da giudizi di esperti. Dopo aver analizzato gli aspetti positivi e negativi delle alternative in parola, viene proposto un nuovo approccio, che combina gli elementi di ognuno dei metodi sopra citati in un algoritmo di previsione incidentale. Tale nuovo algoritmo, denominato Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) è stato sviluppato dalla Federal Highway Administration in collaborazione con la Turner Fairbank Higway Research Center ed è specifico per le strade extraurbane a due corsie. Il passo successivo nello sviluppo della tesi è quello di un’analisi dettagliata del modello IHSDM che fornisce il numero totale di incidenti previsti in un certo intervallo temporale. Viene analizzata la struttura del modello, i limiti d’applicabilità, le equazioni che ne sono alla base e i coefficienti moltiplicativi relativi ad ogni caratteristica geometrica e funzionale. Inoltre viene presentata un’ampia analisi di sensibilità che permette di definire quale sia l’influenza d’ogni singolo Fattore di Previsione incidentale (Accident Predication Factor) sul risultato finale. Dai temi trattati, emerge chiaramente come la sicurezza è legata a più sistemi tra loro interconnessi e che per utilizzare e migliorare i modelli previsionali è necessario avere a disposizione dati completi, congruenti, aggiornati e facilmente consultabili. Infatti, anche quando sono disponibili elementi su tutti gli incidenti avvenuti, spesso mancano informazioni di dettaglio ma fondamentali, riguardanti la strada come ad esempio il grado di curvatura, la larghezza della carreggiata o l’aderenza della pavimentazione. In tale ottica, nella tesi viene presentato il Sistema Informativo Stradale (SIS) della Provincia di Bologna, concepito come strumento di gestione delle problematiche inerenti la viabilità e come strumento di supporto per la pianificazione degli interventi e la programmazione delle risorse da investire sulla rete. Viene illustrato come il sistema sia in grado di acquisire, elaborare ed associare dati georeferenziati relativi al territorio sia sotto forma di rappresentazioni grafiche, sia mediante informazioni descrittive di tipo anagrafico ed alfanumerico. Quindi viene descritto il rilievo ad alto rendimento, effettuato con l’ausilio di un laboratorio mobile multifunzionale (Mobile Mapping System), grazie al quale è stato possibile definire con precisione il grafo completo delle strade provinciali e il database contenente i dati relativi al patrimonio infrastrutturale. Tali dati, relativi alle caratteristiche plano-altimetriche dell’asse (rettifili, curve planimetriche, livellette, raccordi altimetrici, ecc...), alla sezione trasversale (numero e larghezza corsie, presenza di banchine, ecc..), all’ambiente circostante e alle strutture annesse vengono presentati in forma completa specificando per ognuno la variabilità specifica. Inoltre viene evidenziato come il database si completi con i dati d’incidentali georeferenziati sul grafo e compresivi di tutte le informazioni contenute nel modello ISTAT CTT/INC spiegandone le possibili conseguenze sul campo dell’analisi di sicurezza. La tesi si conclude con l’applicazione del modello IHSDM ad un caso reale, nello specifico la SP255 di S.Matteo Decima. Infatti tale infrastruttura sarà oggetto di un miglioramento strutturale, finanziato dalla Regione Emilia Romagna, che consistente nell’allargamento della sede stradale attraverso la realizzazione di una banchina pavimentata di 1.00m su entrambi i lati della strada dalla prog. km 19+000 al km 21+200. Attraverso l’utilizzo dell’algoritmo di previsione incidentale è stato possibile quantificare gli effetti di questo miglioramento sul livello di sicurezza dell’infrastruttura e verificare l’attendibilità del modello con e senza storia incidentale pregressa. Questa applicazione ad un caso reale mette in evidenza come le informazioni del SIS possano essere sfruttate a pieno per la realizzazione di un analisi di sicurezza attraverso l’algoritmo di previsione incidentale IHSDM sia nella fase di analisi di uno specifico tronco stradale che in quella fondamentale di calibrazione del modello ad una specifica rete stradale (quella della Provincia di Bologna). Inoltre viene sottolineato come la fruibilità e la completezza dei dati a disposizione, possano costituire la base per sviluppi di ricerca futuri, come ad esempio l’indagine sulle correlazioni esistenti tra le variabili indipendenti che agiscono sulla sicurezza stradale.

La tesi dottorale in oggetto prende spunto da alcune considerazioni di base relative alla salute di una comunità. Infatti quest’ultima si fonda sulla sicurezza dell’ambiente in cui vive e sulla qualità delle relazioni tra i suoi componenti. In questo ambito la mobilità rappresenta uno degli elementi di maggior criticità, sia per la sicurezza delle persone, che per la salute pubblica, che per le conseguenze sull’ambiente che ne derivano. Negli ultimi anni la circolazione stradale è notevolmente aumentata è questo ha portato a notevoli aspetti negativi, uno dei quali è connesso agli incidenti stradali. In tale ambito viene ricordato che l’Unione Europea ha da tempo indicato come obiettivo prioritario il miglioramento della sicurezza stradale e nel 2001 ha fissato il traguardo di dimezzare entro il 2010 il numero delle vittime degli incidenti stradali. Non ultima, l’approvazione da parte del Parlamento europeo e del Consiglio di un atto legislativo (d’imminente pubblicazione sulla GU Europea) relativo alla gestione della sicurezza in tutte le fasi della pianificazione, della progettazione e del funzionamento delle infrastrutture stradali, in cui si evidenzia l’esigenza di una quantificazione della sicurezza stradale. In tale contesto viene sottolineato come uno dei maggiori problemi nella gestione della sicurezza stradale sia la mancanza di un metodo affidabile per stimare e quantificare il livello di sicurezza di una strada esistente o in progetto. Partendo da questa considerazione la tesi si sviluppa mettendo in evidenza le grandezza fondamentali nel problema della sicurezza stradale, (grado di esposizione, rischio d’incidente e le possibili conseguenze sui passeggeri) e analizzando i sistemi adottati tradizionalmente per effettuare analisi di sicurezza: • Statistiche dei dati storici d’incidente; • Previsione da modelli basati su analisi di regressione dei dati incidentali; • Studi Before-After; • Valutazione da giudizi di esperti. Dopo aver analizzato gli aspetti positivi e negativi delle alternative in parola, viene proposto un nuovo approccio, che combina gli elementi di ognuno dei metodi sopra citati in un algoritmo di previsione incidentale. Tale nuovo algoritmo, denominato Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) è stato sviluppato dalla Federal Highway Administration in collaborazione con la Turner Fairbank Higway Research Center ed è specifico per le strade extraurbane a due corsie. Il passo successivo nello sviluppo della tesi è quello di un’analisi dettagliata del modello IHSDM che fornisce il numero totale di incidenti previsti in un certo intervallo temporale. Viene analizzata la struttura del modello, i limiti d’applicabilità, le equazioni che ne sono alla base e i coefficienti moltiplicativi relativi ad ogni caratteristica geometrica e funzionale. Inoltre viene presentata un’ampia analisi di sensibilità che permette di definire quale sia l’influenza d’ogni singolo Fattore di Previsione incidentale (Accident Predication Factor) sul risultato finale. Dai temi trattati, emerge chiaramente come la sicurezza è legata a più sistemi tra loro interconnessi e che per utilizzare e migliorare i modelli previsionali è necessario avere a disposizione dati completi, congruenti, aggiornati e facilmente consultabili. Infatti, anche quando sono disponibili elementi su tutti gli incidenti avvenuti, spesso mancano informazioni di dettaglio ma fondamentali, riguardanti la strada come ad esempio il grado di curvatura, la larghezza della carreggiata o l’aderenza della pavimentazione. In tale ottica, nella tesi viene presentato il Sistema Informativo Stradale (SIS) della Provincia di Bologna, concepito come strumento di gestione delle problematiche inerenti la viabilità e come strumento di supporto per la pianificazione degli interventi e la programmazione delle risorse da investire sulla rete. Viene illustrato come il sistema sia in grado di acquisire, elaborare ed associare dati georeferenziati relativi al territorio sia sotto forma di rappresentazioni grafiche, sia mediante informazioni descrittive di tipo anagrafico ed alfanumerico. Quindi viene descritto il rilievo ad alto rendimento, effettuato con l’ausilio di un laboratorio mobile multifunzionale (Mobile Mapping System), grazie al quale è stato possibile definire con precisione il grafo completo delle strade provinciali e il database contenente i dati relativi al patrimonio infrastrutturale. Tali dati, relativi alle caratteristiche plano-altimetriche dell’asse (rettifili, curve planimetriche, livellette, raccordi altimetrici, ecc...), alla sezione trasversale (numero e larghezza corsie, presenza di banchine, ecc..), all’ambiente circostante e alle strutture annesse vengono presentati in forma completa specificando per ognuno la variabilità specifica. Inoltre viene evidenziato come il database si completi con i dati d’incidentali georeferenziati sul grafo e compresivi di tutte le informazioni contenute nel modello ISTAT CTT/INC spiegandone le possibili conseguenze sul campo dell’analisi di sicurezza. La tesi si conclude con l’applicazione del modello IHSDM ad un caso reale, nello specifico la SP255 di S.Matteo Decima. Infatti tale infrastruttura sarà oggetto di un miglioramento strutturale, finanziato dalla Regione Emilia Romagna, che consistente nell’allargamento della sede stradale attraverso la realizzazione di una banchina pavimentata di 1.00m su entrambi i lati della strada dalla prog. km 19+000 al km 21+200. Attraverso l’utilizzo dell’algoritmo di previsione incidentale è stato possibile quantificare gli effetti di questo miglioramento sul livello di sicurezza dell’infrastruttura e verificare l’attendibilità del modello con e senza storia incidentale pregressa. Questa applicazione ad un caso reale mette in evidenza come le informazioni del SIS possano essere sfruttate a pieno per la realizzazione di un analisi di sicurezza attraverso l’algoritmo di previsione incidentale IHSDM sia nella fase di analisi di uno specifico tronco stradale che in quella fondamentale di calibrazione del modello ad una specifica rete stradale (quella della Provincia di Bologna). Inoltre viene sottolineato come la fruibilità e la completezza dei dati a disposizione, possano costituire la base per sviluppi di ricerca futuri, come ad esempio l’indagine sulle correlazioni esistenti tra le variabili indipendenti che agiscono sulla sicurezza stradale.

L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è analizzare le performance a crashworthiness di provini sinusoidali autoportanti, realizzati in tessuto plain weave (fibra di carbonio, intrecciata in trama e ordito, e matrice polimerica). La tesi si articolerà essenzialmente in due parti. La prima riguarda una campagna sperimentale (presso il laboratorio strutture MasterLab della Seconda Scuola di Ingegneria dell’Università di Bologna, con sede a Forlì) effettuata su provini di dimensioni specifiche, secondo normativa ASTM, per l’identificazione delle caratteristiche meccaniche del composito, con successiva prova di schiacciamento di due tipologie di provini ondulati autoportanti, aventi stratifiche differenti, i cui risultati saranno utilizzati come valori di riferimento per la convalida dei modelli numerici. La seconda parte comprende le simulazioni numeriche, elaborate secondo il modello di danno di Johnson, Pickett, Rozycki, per la lamina costituita da tessuto, ed il modello di Pickett per l’interfaccia di delaminazione.

Lo scopo del progetto è di calcolare, tramite un modello agli elementi finiti, lo stato di sollecitazione delle parti costituenti l’ala di un velivolo ultraleggero, e di visualizzare i risultati della soluzione del calcolo in maniera grafica. L’aeromobile oggetto di studio è lo Yuma 912 S commercializzato da Alisport, un velivolo di categoria ULM (UltraLeggero Motorizzato) con capacità STOL (Short TakeOff and Landing – decollo ed atterraggio corti). Tutto il lavoro di progettazione, modellazione e calcolo è stato eseguito con un’unica tipologia di programma, CATIA V5, disponibile commercialmente, al fine di evitare conflitti tra diversi programmi CAD (per disegno assistito dal calcolatore) e CAE/FEA (per analisi ingegneristica del prodotto). Il lavoro si è articolato nelle seguenti fasi: progettazione assistita dal calcolatore, sviluppo del modello, valutazione della soluzione. I carichi introdotti nell’analisi sono stati scelti considerando le caratteristiche del velivolo ed il proprio diagramma di manovra, quindi calcolati in maniera teorica e successivamente applicati al modello in esame. La soluzione è stata poi visualizzata tramite simulazione della struttura deformata ed applicazione di una scala di colori sulle zone sottoposte ai diversi stati di sollecitazione.

Il seguente progetto di tesi ha come scopo lo sviluppo di un’interfaccia computazionale, generata attraverso codici Matlab, la quale sia in grado di gestire una simulazione numerica all’interno di un Helicon Plasma Thruster riproducendo le funzionalità del sofware 3D-VIRTUS, ottenendo così distribuzioni tridimensionali dei vari parametri all'interno della sorgente di plasma e risultati che descrivano le capacità del propulsore stesso.

Nella valutazione della durabilità strutturale, oltre all'uso dei metodi teorici e numerici, è consuetudine svolgere prove sperimentali per stimare direttamente la resistenza del materiale a seguito dell’applicazione di carichi esterni. L’interesse è spesso ristretto a carichi di flesso-torsione, considerati molto comuni nelle applicazioni ingegneristiche. Nel corso degli anni sono state proposte diverse metodologie di prova che differiscono in termini di macchine utilizzate, geometria dei campioni e tipo di eccitazione, nessuna delle quali purtroppo in grado di applicare sul provino un carico di flesso-torsione. Solo due layout sembrano promettenti, ma presentano alcune limitazioni sia dal punto di vista economico e sia dalla mancanza di una validazione sperimentale attraverso un prototipo. La seguente tesi presenta un innovativo sistema di prova in grado di eseguire prove multi-assiali su shaker tri-assiale in cui i carichi flessionali e torsionali agenti sul provino sono controllabili in modo indipendente. Il sistema, composto da un provino cilindrico intagliato con masse eccentriche a sbalzo, è eccitato da accelerazioni verticali e/o orizzontali alla base. L’estremità libera del provino è vincolata da una lamina sottile e flessibile che impedisce le deformazioni flessionali del provino quando è eccitato orizzontalmente, ma ne permette la rotazione. Tale layout quindi può essere sollecitato con carichi controllati di flessione e/o torsione, a seguito dell’applicazione simultanea di accelerazioni verticali e orizzontali alla base. Un modello analitico a parametri concentrati e uno agli elementi finiti sono impiegati per la progettazione e verifica del sistema proposto, tramite la stima delle risposte dinamiche, delle deformazioni e dello stato tensionale. Un prototipo del sistema di prova viene realizzato e poi validato tramite prove preliminari in laboratorio con accelerazioni armoniche alla base. Le deformazioni monitorate nel sistema di afferraggio tramite estensimetri sono utilizzate dai due modelli per ottenere una stima delle tensioni di picco elastico agenti nella sezione netta del provino. La stretta correlazione fra i risultati numerici e sperimentali dimostrano che il sistema di prova è realmente in grado di controllare in modo indipendente i carichi flessionali e torsionali. Successivamente, prove a fatica (a sola flessione e a sola torsione) con accelerazioni armoniche applicate da shaker vengono effettuate in laboratorio. Si dimostra che test accelerati su shaker con accelerazioni armoniche alla base permettono di eseguire prove ad ampiezza costante, i cui risultati sono comparabili con quelli ottenuti su una macchina MTS. Infine, in laboratorio vengono eseguite prove a fatica mono-assiale con carico stocastico flessionale e prove multi-assiali con carichi stocastici flesso-torsionali. Per entrambe le tipologie di prova viene presentata una metodologia previsionale della vita a fatica. I risultati numerici sono in ragionevole accordo con quelli sperimentali, provando quindi la bontà dei metodi previsionali impiegati.
In the structural durability assessment, besides the use of theoretical and numerical methods, it is customary to carry out experimental tests to directly estimate the material strength against the application of external loads. The interest is often restricted to bending-torsion loading, considered very common in engineering applications. Over the years, different test methodologies that differ in terms of machines used, geometry specimen and type of excitation, have been proposed. None of them unfortunately can apply a bending-torsion loading to the specimen. Only two layouts seem promising, but they have some limitations both from an economic point of view and from the lack of an experimental validation through a prototype. The following thesis presents an innovative testing system able to perform multi-axial tests on tri-axial shaker in which the bending and torsion loadings acting on the specimen can be controlled independently. The system is composed of a cylindrical and notched specimen and a cantilever beam with two equal tip masses mounted at the specimen free extremity. The system is excited by vertical and/or horizontal base accelerations. The free end of the specimen is constrained by a thin and flexible plate that prevents any bending deformations of the specimen against horizontal excitations, but allows its rotation. So this layout is capable to control independently bending and torsion loadings when vertical and horizontal base accelerations are applied simultaneously. An analytical lumped-mass model and a finite elements model are used to design and verify the proposed system, through the estimation of the dynamic responses, the deformations and the stress state. A testing system prototype was realized and then validated by preliminary tests in the laboratory with harmonic base accelerations . The strain values were monitored in the T-clamping system by strain gauges. Such strains are used by the two models in order to obtain an estimate of the elastic peak stress acting in the net section of the specimen. The close correlation between numerical and experimental results shows that the testing system is really capable to control the bending and torsion loadings independently. Subsequently, fatigue tests (only bending and only torsion) with harmonic accelerations applied by shakers were carried out in the laboratory. It is shown that accelerated tests on shaker with harmonic base accelerations allow to perform constant amplitude fatigue tests , whose results are comparable with those obtained on an MTS machine. Finally, uni-axial fatigue tests with bending random loading and multi-axial fatigue tests with random bending-torsion loadings were performed. A predictive method of fatigue life is presented for both types of tests . The numerical results are in reasonable agreement with the experimental ones, thus proving the goodness of the predictive methods used.

La tesi in questione verte su una particolare applicazione di tinteggiatura, che sembrerebbe migliorare notevolmente le proprietà delle murature, consentendo quindi il risparmio energetico delle strutture dove essa è applicata. Abbiamo preso come riferimento per l’analisi e la successiva verifica delle effettive proprietà di questa tinteggiatura, la casa di riposo per anziani “Casa Protetta” situata nel Comune di Fontanelice (BO). La struttura in questione ha subito nel corso del 2019 un intervento riguardante una realizzazione di isolamento a cappotto sulle murature perimetrali, dove si è visto l’uso di questa tinteggiatura innovativa. Per la verifica delle proprietà dichiarate dall'azienda produttrice di questa speciale tinteggiatura, abbiamo svolto le seguenti attività: 1. Studio a priori delle proprietà dichiarate della tinteggiatura. 2. Analisi dell’intervento, con particolare approfondimento delle proprietà pre-intervento e aspettative post-intervento. 3. Analisi in loco post-intervento tramite l’uso di Termocamera, al fine di effettuare un’analisi visiva sui ponti termici, verificare la giusta omogeneità nelle dispersioni dell’involucro e trovare il punto ottimale all’installazione del termoflussimetro. 4. Analisi in loco post-intervento con elaborazione dati tramite l’ausilio del termoflussimetro al fine di ottenere i reali valori di trasmittanza della parete. 5. Confronto tramite l’ausilio del Software Edilclima delle situazioni pre/post-intervento, con relativo studio dell’influenza teorica di tale tinteggiatura sulle proprietà dell’involucro tramite l’ausilio di tre diversi modelli. 6. Valutazioni riguardanti la variazione dal valore della trasmittanza reale determinata con il termoflussimetro da quello stimato dall’azienda produttrice della verniciatura, attraverso un apposito software di calcolo da loro sviluppato. 7. Elaborazione di conclusioni, che attestino le reali caratteristiche della tinteggiatura tuttora in opera.

Analyses of ground displacements can help to define the evolution of areas affected by instability phenomena and identify their triggering factors. To this end, Synthetic Aperture RADAR (SAR) satellite data can be used to collect direct measurements of superficial deformations in instability-prone areas. Results from remote sensing analyses can be then compared with outcomes from numerical simulations, and in particular with displacement or velocity fields, to validate numerical modeling and eventually recalibrate the simulation of instabilities, predisposing and triggering conditions. Numerical simulations allow reproducing slope behavior under some hypotheses but their accuracy is strongly connected to the amount of available input data. Most of the required parameters can be set based on reasonable assumptions that consequently can be verified through classical field tools and geological survey or remote sensing techniques. Direct or remote sensing techniques can be used to characterize and monitor ground deformation phenomena, and particularly to identify surface displacements. These information can be used to verify the suitability of numerical model predictions and the adequacy of preliminary hypotheses. An innovative approach could consider a surface displacement map, as the starting point to re-create a model of instability phenomena. This application requires precise velocity data characterized by an adequate resolution, depending on the phenomenon analyzed. Recently this method was applied to earthquakes with satisfying results (Wright at al., 2006). This work is aimed to determine which is the contribution of SAR satellite data in investigating instabilities phenomena, in particular landslides and sinkholes. This methodological approach was tested in different conditions to understand its applicability and how to optimize the results overcoming some of the observed limits. Satellite remote sensing techniques have shown to lead to accurate large-scale surface displacement mapping. Specifically “Interferometric Synthetic Aperture RADAR” (InSAR) technique allows to measure accurate land displacement. Furthermore, not only deformation but even the evolution of displacements can be estimated, combining InSAR information from a large number of SAR images and analyzing changes on the signal phase. This technique is defined D-InSAR (Differential Interferometric SAR) and PS InSAR (Ferretti et al., 2001) and SBAS techniques (Berardino et al., 2002) represent the main methodology proposed. But D-InSAR techniques have some limits of applicability. For example, due to high RADAR viewing angles, the current space-borne systems can detect only a fraction of the horizontal component of the movement. In fact not every geometrical configurations and slope exposition can be surveyed. Further problems are connected with the presence of dense vegetation. In these situations amplitude can be exploited to identify surface deformations (Casu et al., 2011). Applying the above mentioned techniques it is possible to observe deformation patterns and surface movements. Comparing displacement obtain from monitoring stage with results from numerical modeling, let to understand if numerical prevision is satisfying and the evolution of deformations is correct. The contribution of SAR data in numerical simulation of ground deformations was tested in landslide, subsidence and sinkhole - prone areas, located in the piedmont sector of North-Eastern Italian Alps and in the Jordanian coast of the Dead Sea. The first case study is Val Maso landslide, located in Valli del Pasubio municipality, which was triggered by an exceptional flood event occurred in November 2010. A back stability analysis was carried out to evaluate the geotechnical properties of the involved materials. Then, parameters from back analysis were used in a uncoupled seepage and slope stability analysis of the area behind the main scarp to forecast the effects of hydrological conditions due to different rainfall depths, i.e. to identify the minimum rainfall threshold for triggering the retrogression of the phenomenon. Some more information about this phenomenon have been searched, analysing a stacking of RADAR satellite images. Because of the dense vegetation and the aspect of the area, outcomes of PS and SBAS DInSAR technique were not satisfying. That is why SAR data were analyzed concentrating on amplitude changes of the signal instead on studying the phase. A stack of nine COSMO-SkyMed images, acquired over the 2010 event, were used. Amplitude changes were evaluated. Results showed it is possible to detect the effect of ground deformations from the data analyzed and to define the boundary of the landslide. The second case study is Cischele landslide, located in Recoaro Terme municipality, which caused severe damages on the buildings and on the Provincial street after the rainfall event of November 2010. This phenomenon is related to a reactivation of a instability whose behavior seems to be connected to climatic conditions. Data obtained from field and laboratory analyses were used on the creation of a numerical model. Ground displacements of the slope were evaluated analyzing data obtained from PS available for Cischele area, obtained processing SAR images acquired by ERS and ENVISAT satellites, from May 1995 to May 2000 and from September 2004 to June 2010, respectively. Ground velocity and displacements are measured along the line of sigh of the satellites. Only information obtained from descending orbits are available. Furthermore, InSAR images acquired by COSMO-SkyMed satellites over the event were analyzed. SBAS techniques was applied. Interferograms were generated using InSAR images and a 90 meters resolution Digital Elevation Model (DEM), SRTM DEM. 14 descending images were available from April 2010 to September 2012. Unfortunately, variation in surface condition between two different acquisitions produces loss of coherence. This effect is strongly connected to the presence of vegetation in the area. It was possible to overcome this problem through an accurate calibration of the filtering parameters, extending the coverage of the final displacement map. Results showed a maximum velocity component of 12 mm/year. Finally, DInSAR techniques were applied to investigate sinkholes affecting the Jordanian coast of the Dead Sea. The Dead Sea is a hyper saline terminal lake located in a pull-apart basin, which is one of the major components of the Jordan Dead Sea Transform fault system. Most of the area is characterized by highly karstic and fractured rock formations that are connected with faults. Karstic conduits extend from the land into the sea. Since the 1960s, the Dead Sea level is dropping at an increasing rate: from about 60 cm/yr in the 1970s up to 1 m/yr in the 2000s. From about the mid-1980s, sinkholes appeared more and more frequently over and around the emerged mudflats and salt flats. Strong subsidence and landslides also affect some segments of the coast. Nowadays, several thousands of sinkholes attest that the degradation of the Dead Sea coast is worsening. The deformation analysis is focused on Ghor Al Haditha area, located in the South-Eastern part of the lake coasts. SAR data acquired by three different sensors, ERS, ENVISAT and COSMO-SkyMed were processed. 70 ERS images from 1992 to 2009 and 30 ENVISAT images from 2003 to 2010 were processed. SBAS technique were applied to define surface velocity and displacement maps. Because of the resolution of these sensors, consisting on 25 m2, it was possible to clearly define areas affected by subsidence but the single sinkholes could not be detected because of the small size of each punctual event, that is generally varying from few meters to a hundred meters diameter. Furthermore, SBAS was applied to 23 COSMO-SkyMed SAR satellite images from December 2011 to May 2013. The high resolution of these data (3m x 3m) and the short revisiting time allowed to have precise information of the displacement of punctual sinkholes beyond the overall subsidence of the coast. A specific sinkhole was considered to understand its temporal evolution. On the basis of the results from D-InSAR processing, a simplified analytical model was implemented. Vertical and horizontal components of the surface displacement field obtained from analysis of SAR images have been used as input data to derive geometric parameters of the source and in particular to estimate the volumetric strain of the phenomenon. Position, dimension and mechanism were obtained. The gained experience proved that space-borne SAR data allow to obtain important information about the dynamics of instability phenomena, which degree of precision depends on several factors, as vegetation density and surface velocity. The applicability of D-InSAR methods in different conditions was tested to obtain useful information to re-create the phenomena through numerical modeling. When rapid displacements overcome the maximum detectable surface velocities between two consecutive SAR acquisitions and changing in land cover produces a complete coherence loss, the amplitude of the signal can be analyzed instead of the phase. In the Val Maso landslide, a rapid mapping of surface deformation was possible, providing important hints to manage post-event emergency situations. Despite the dense vegetation in Cischele area, SBAS technique could assess a component of the landslide displacement, through an accurate calibration of some processing parameters. Thanks to the flat morphology of the site and the almost absent vegetation covering, analysis of sinkholes in Jordan Dead Sea coast gave precise information about ground deformation and helpful data to model a sinkhole and to define its geometry and volume reduction. In these favorable conditions, SAR data allow one to predict the occurrence of geological instabilities, characterize their extension, model their evolution and define an early warning system to prevent catastrophic events.
L’analisi degli spostamenti superficiali del terreno permette di ottenere importanti informazioni sull’evoluzione di un fenomeno di instabilità geologia e identificarne i fattori di innesco. A questo scopo, i dati RADAR ad apertura sintetica (SAR) satellitari possono essere utilizzati per raccogliere misure indirette relativamente alle deformazioni superficiali di aree affette da dissesti geologici. I risultati ottenuti tramite tecniche di telerilevamento SAR possono poi essere confrontati con i risultati di simulazioni numeriche: il raffronto tra campi di spostamento e velocità consente di validare e calibrare il modello numerico. Le simulazioni numeriche sono probabilmente lo strumento più diffuso per la riproduzione un dissesto sotto specifiche ipotesi, la cui esattezza è fortemente connessa alla quantità di dati di input disponibili. Spesso molti dei parametri necessari a costruire un modello devono essere stabiliti attraverso ragionevoli assunzioni, che possono essere verificate grazie a misure sul campo e monitoraggi con tecniche classiche, o attraverso tecniche di telerilevamento. Un diverso approccio, applicato nella creazione di un modello, consiste nel considerare una mappa di spostamenti superficiali quale punto di partenza per modellare un fenomeno di instabilità e le caratteristiche della sorgente. Tale approccio necessita della disponibilità di precisi valori di velocità di spostamento, ad una risoluzione spaziale adeguata al fenomeno che si sta analizzando. Il presente lavoro è finalizzato a determinare il contributo dei dati SAR satellitari nello studio dei dissesti geologici, con particolare riferimento a frane e sinkholes. L’approccio metodologico è stato utilizzato in diverse condizioni per capirne l’applicabilità e ottimizzarne i risultati ottenuti, superando alcuni dei limiti del dato SAR. Le tecniche di telerilevamento RADAR satellitare, ed in particolare la tecnica InSAR (Synthetic Aperture RADAR Interferometry), considerano le variazioni di fase tra il segnale trasmesso e la componente retrodiffusa che torna al ricevitore, e restituiscono accurate mappe di spostamento superficiale su larga scala. Tra l’altro è possibile stimare non solo le deformazioni, ma tutta l’evoluzione degli spostamenti, utilizzando informazioni derivanti da diversi interferogrammi ottenuti da numerose immagini SAR, combinandoli ed analizzando i cambiamenti di fase del segnale. Queste tecniche sono definite D-InSAR (Differential Interferometric SAR) e i principali algoritmi proposti in quest’ambito sono denominati PS InSAR (Ferretti et al., 2001) ed SBAS (Berardino et al., 2002). Ma le tecniche D-InSAR hanno delle limitazioni nella loro applicazione: possono rilevare solo una componente dello spostamento complessivo; non tutte le geometrie sono visibili al satellite ed è quindi importante valutare l’esposizione dell’area che si analizza; anche la presenza di fitta vegetazione genera delle limitazioni. In questi casi è possibile utilizzare l’ampiezza del dato, anziché la fase, per identificare superfici soggette a deformazioni (Casu et al., 2011). Le tecniche menzionate sono state applicate a tre casi reali: • due frane manifestatesi nella zona prealpina della Provincia di Vicenza nel 2010; • subsidenza e sinkholes che affliggono la costa Giordana del Mar Morto. Entrambe le frane analizzate, la frana di Contrada Cischele e la frana di Val Maso, sono state innescate da un evento di pioggia eccezionale che ha colpito la Provincia di Vicenza nell’autunno 2010. La frana che ha interessato Contrada Cischele, nel Comune di Recoaro Terme, è caratterizzata da velocità di deformazione contenute, dovute alla riattivazione del versante in frana in stretta connessione con gli eventi di pioggia e quindi l’innalzamento della falda. La frana si è manifestata causando danni alle abitazioni presenti, alla strada Provinciale ed al muro di contenimento che la delimita. Grazie alle indagini in situ e alle prove di laboratorio effettuate sui materiali è stato possibile riprodurre un modello di stabilità globale del versante. L’analisi del dissesto con dati SAR è avvenuta inizialmente attraverso la valutazione dei dati PS storici nell’archivio del Ministero dell’Ambiente, verificando la presenza di spostamenti precedenti all’evento del 2010. Successivamente è stata applicata la tecnica SBAS utilizzando 14 immagini COSMO-SkyMed acquisite a cavallo dell’evento piovoso. La presenza di vegetazione nel versante, che è causa di una decorrelazione temporale tra i dati, ha reso particolarmente complesso il processamento. Attraverso un’attenta calibrazione dei parametri di filtraggio dei dati è stato possibile definire il campo di spostamenti nell’area indagata. La frana in località Val Maso, nel Comune di Valli del Pasubio, è caratterizzata da dinamiche molto diverse rispetto al precedente caso. A seguito delle eccezionali piogge del Novembre 2010, il versante è collassato con un movimento rototraslativo al coronamento, che è evoluto in colata. L’evento si è sviluppato molto rapidamente ed ha coinvolto circa 200'000 m3 di materiale asportato; la superficie di scivolamento si è localizzata a circa 20 m di profondità. Una back analysis della stabilità del versante ha permesso di definire con maggiore accuratezza le proprietà geotecniche dei materiali coinvolti. Poi, i parametri ottenuti sono stati utilizzati per un’analisi disaccopiata di filtrazione e stabilità globale dell’area a monte del coronamento di frana, per valutare l’entità della minima intensità di pioggia in grado di innescare la retrogressione del fenomeno. Ulteriori informazioni sulla frana sono state ricercate tramite l’utilizzo di dati SAR satellitari. A causa della densa vegetazione e degli evidenti cambiamenti morfologici indotti dalla frana, le tecniche PS ed SBAS non sono risultate applicabili. Si è pertanto analizzata l’ampiezza del dato, anziché la fase, utilizzando 9 immagini COSMO-SkyMed, acquisite prima e dopo l’evento. La valutazione dei cambiamenti di ampiezza ha permesso di perimetrare l’area in frana. Infine la tecnica SBAS è stata utilizzata per indagare l’evoluzione dei sinkholes che interessano la costa Giordana del Mar Morto, con particolare attenzione alla porzione sud-orientale della costa, denominata Ghor Al Haditha. Grazie ai numerosi riferimenti bibliografici relativi a quest’area (Bartov et al., 2000; Closson et al., 2007, 2009; Abou Karaki et al., 2005; Abelson et al., 2006; Akawwi et al., 2009; Ezersky et al., 2013) sono chiare le ragioni del verificarsi di questi dissesti e della subsidenza lungo tutta la costa del lago. L’innesco è connesso all’ingente sfruttamento, a scopo civile ed industriale, delle acque del Mar Morto, il cui livello si sta abbassando di circa 1 m/anno. La conseguenza di questo sfruttamento è una sostituzione dell’acqua salina, presente in profondità, con acqua dolce di falda, la quale causa la dissoluzione degli strati salini presenti nel terreno. L’area è stata analizzata utilizzando immagini ERS, Envisat e COSMO-SkyMed. I primi due dataset hanno evidenziato la subsidenza che affligge le coste, senza permettere di isolare gli spostamenti dovuti ai singoli sinkhole, a causa della risoluzione spaziale di 25 m di questi dati SAR. L’utilizzo dei dati COSMO ha invece permesso di identificare gli spostamenti dovuti ai sinkholes in modo molto dettagliato, grazie all’alta risoluzione spaziale di questi dati (3m x 3m) e al breve tempo di rivisitazione del satellite. Uno specifico sinkhole è stato individuato ed analizzato studiandone l’evoluzione temporale. Sulla base dei risultati ottenuti dal processamento SBAS è stato definito un modello analitico: partendo dal campo di spostamenti superficiali sono stati derivati i parametri geometrici della sorgente e stimata la variazione di volume associata al fenomeno. Le esperienze fatte hanno evidenziato come i dati SAR satellitari permettano di ottenere importanti informazioni riguardo le dinamiche dei fenomeni di instabilità. Il grado di dettaglio di tali informazioni dipendono da diversi fattori, quali la risoluzioni spaziale del dato, la numerosità e la vicinanza temporale dei dati analizzati, la presenza di vegetazione più o meno fitta, la velocità degli spostamenti. La possibilità di utilizzare i dati SAR per ottenere informazioni utili alla creazione di un modello numerico è stata testata in diverse condizioni. In presenza di movimenti molto rapidi, che superano il valore massimo di velocità rilevabile, e cambiamenti netti della copertura vegetativa provocano una perdita di coerenza, è possibile analizzare l’ampiezza del segnale anziché la fase. Nel caso della frana in località Val Maso, è stato possibile mappare la superficie soggetta a deformazioni, fornendo un possibile strumento fondamentale per la gestione dell’emergenza post-evento. Nonostante la presenza di vegetazione nel versante in frana, in località Cischele, la tecnica SBAS ha permesso di stimare una componente dello spostamento superficiale, grazie all’attenta calibrazione di alcuni parametri del processamento. La morfologia pianeggiante della costa del Mar Morto, in località Ghor Al Haditha, e la scarsa presenza di vegetazione, hanno permesso di ottenere precise informazioni relativamente alle deformazioni superficiali indotte dal subsidenza e sinkholes, tanto da poter generare un modello analitico del fenomeno, utile alla creazione di un sistema di early warning, sulla base dei movimenti che precedono un possibile evento catastrofico.

Floodplains, and rivers therein, constitute complex systems whose simulation involves modelling of hydrodynamic, morphodynamic, chemical, and biological processes which act, affecting each other, over a wide range of time scales (from days to centuries). Floodplain morphology and stratigraphy are shaped by the interplay of water flow, erosion, and deposition consequent to repeated flood events, as the river dissecting the floodplain evolves through feedbacks between bars, channels, vegetation and sediment characteristics shaping the floodplain itself. The first topic of this thesis concerns the mutual interactions that leads to self-formed floodplains, produced by the sedimentary processes associated with the migration of river bends and the formation of abandoned oxbow lakes consequent to the cutoff of mature meanders. The second topic addresses the presence of internal boundary conditions able to affect the main flow field and thus the curvature-driven flow that drives bend migration. Point bar deposits and oxbow lakes are the products of lateral bend migration and meander cutoffs. The sediment deposits characterizing these geomorphic units link together the long term evolution of an alluvial river and the surrounding floodplain, altering the soil composition and, hence, bank strength controlling the rate of channel meandering. On the other hand, a localized forcing internal to the main flow field (e.g., a variation in bed slope or in flow discharge) propagates either upstream or downstream, affecting the river dynamics. Multivariate statistical and spectral tools may disclose the complexity of the resulting planform geometries, either simulated or natural, ensuring an objective comparison.
Le piane alluvionali e i relativi fiumi costituiscono complessi sistemi dinamici la cui simulazione numerica richiede la modellazione di processi idrodinamici, morfodinamici, chimici e biologici agenti mutuamente su varie scale temporali (dai giorni ai secoli). La morfologia e la stratigrafia della piana alluvionale sono determinate dalla mutua interazione tra flussi idrici, erosione e deposito di sedimenti dovuti a ripetuti eventi di piena. Barre alluvionali, canali abbandonati, caratteristiche dei sedimenti e della vegetazione giocano un ruolo chiave nella storia migratoria del fiume che scorre sulla superficie alluvionale. Il primo argomento di questa tesi riguarda l'interazione mutua tra fiume e piana alluvionale, prodotta dai processi sedimentologici che modificano la struttura della superficie alluvionale influendo sulla migrazione del fiume e, allo stesso tempo, sono determinati dai processi legati dalla migrazione stessa. Tali processi consistono in progressivi depositi nella parte interna delle curve (point bars) fino ai cutoffs che portano alla formazione di anse abbandonate, contribuendo ad alterare la resistenza all'erosione del suolo da parte del fiume stesso. Il secondo argomento riguarda la presenza di condizioni al contorno interne che sono in grado di influire sulle caratteristiche del campo di moto, il quale è legato alla distribuzione della curvatura planimetrica dei meandri. La presenza di una singolarità (e.g., variazione di portata dovuta alla confluenza con un affluente) genera perturbazioni al campo di moto che si propagano verso monte e verso valle, influendo sulla dinamica a breve e a lungo termine del fiume. Metodi statistici spettrali e multivariati permettono di analizzare e confrontare oggettivamente le geometrie dei meandri fluviali, sia naturali che generati numericamente.

The guidelines followed in the writing of this thesis are two different and clearly identifiable. One part aims to interest the readers in understanding the new possibilities in the field of fusion and solidification of Silicon introduced with the new type of melting furnace called induction - Directional Solidification System (i-DSS). In this first part the developments of new solution casting of the silicon are argued, with a possible new method to recycle the silicon for applications in the photovoltaic industry. The attention is focused on the improvement of the total efficiency of the i-DSS system and on the analyzation of the numerous possible configurations to integrate the electromagnetic stirring in the present building. The other part of the elaborate, in which it tries to give the more comprehensive answers, reports the functioning of i-DSS prototype furnace installed at LEP-Laboratory of Electroheat of Padua. The goal is to limit the difficulties that the followers maybe will encounter, difficulties that I met at the beginning of my training route.
Le linee guida seguite nella stesura di questa tesi rispondono a due esigenze differenti e ben identificabili. Una parte è rivolta ad un lettore interessato alla comprensione delle nuove possibilità nell'ambito della fusione e solidificazione del silicio introdotte con l'utilizzo di una nuova tipologia di forno fusorio chiamato induction - Directional Solidification System (i-DSS). In questa prima parte si argomenta lo sviluppo di nuove soluzioni di casting del silicio e di un nuovo possibile metodo di riciclo del Silicio per applicazioni nel settore fotovoltaico. Si è posta particolare attenzione al miglioramento dell'efficienza totale del sistema i-DSS ed analizzato alcune possibili configurazioni di stirring elettromagnetico integrabili nella costruzione attuale. L'altra parte cerca di dare una risposta più esauriente all'esigenza di comprendere il funzionamento del forno fusorio prototipale i-DSS installato al LEP-Laboratorio di Elettrotermia di Padova in modo da limitare le difficoltà a chi completerà il percorso iniziato, difficoltà che io stesso ho dovuto affrontare all'inizio del mio percorso formativo.

In this thesis we extended a deterministic model for the Human Immune response, consisting of a non-linear system of differential equations with distributed time delay, which was introduced by Beretta, Kirshner and Marino in 2007, by incorporating stochastic perturbations with multiplicative noise around equilibria of the deterministic model. Our aim is to study the robustness of the equilibria of the deterministic model for the human immune response system with respect to fluctuations due to considering the human body as a noisy enviroment. We do this by analysing the asymptotic mean square stability of the equilibria of our stochastic model. Our work could be divided roughly into two parts. In the first part we analyse the stability of a general non linear system of stochastic differential equations with distributed memory terms by studying the stability properties of the linearisation in the first approximation. First of all we state, using Halanay's inequalities, comparison results useful in the investigation of exponential mean square stability of linear stochastic delay differential systems with distributed memory terms. Then we provide conditions under which asymptotic mean square stability of a nonlinear system of stochastic delay differential equations is implied by the exponential mean square stability of linearised stochastic delay system in the first approximation. In the second part we apply the theoretical results obtained in the first part to investigate the stochastic stability properties of the equilibria of our stochastic model of human immune response. The theoretical results are illustrated by numerical simulations and an uncertainty and sensivity analysis of our stochastic model, suggesting that the deterministic model is robust with respect to the stochastic perturbations.

Il seguente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di caratterizzare la granulometria totale e di ricostruire i parametri eruttivi, tramite l’utilizzo dei modelli numerici FPLUME e Fall3D, delle eruzioni dell’Etna avvenute nelle giornate dal 3 al 5 dicembre 2015. Gli eventi parossistici, che hanno avuto luogo principalmente dal cratere Voragine, hanno generato imponenti colonne eruttive ed i tefra rilasciati in atmosfera sono stati trasportati dal vento fino in Calabria, permettendo così la collezione di dati nelle zone distali. Per prima cosa è stata ricostruita la TGSD attraverso la tassellazione di Voronoi e, una volta parametrizzata con distribuzioni di tipo bi-Weibull e bi-Gauss, è stata data in input ai modelli di cui sopra, insieme ad altri parametri presenti nella letteratura scientifica. Modificando opportunamente i parametri di input e confrontando le simulazioni ottenute e i dati di carico a terra a nostra disposizione, attraverso metodi statistici appropriati, si sono osservati risultati migliori con la parametrizzazione della TGSD tramite distribuzione bi-Weibull. E' stata dunque stimata una massa complessiva eruttata tra i ≈ 7 · 10^9 kg ed i 10^10 kg per un altezza massima della colonna di circa 14 km sul livello del mare. Dalle simulazioni risulta inoltre la presenza, all’interno del dominio computazionale, di concentrazioni di tefra in atmosfera superiori ai 2 mg/m^3 fino a 6 ore dopo la conclusione degli eventi parossistici.

This research is related to the study and modelling of the depositional processes of debris flows and an understanding of the related rheological behaviour. The main aims of this study are to analyse the depositional features of a debris flow, to verify the possible contribution of laboratory tests, carried out by means of a tilting-plane rheometer, to determine the rheological parameters and to investigate the reliability and limitations of computer models employed for debris flow simulation and rheological parameter determination. The laboratory tests were been carried out at the Institute for Hydrological and Geological Protection of the Italian National Research Council (CNR IRPI) in Padova. The physical model consists of a 2 x 1 m tilting plane with inclination from 0° to 38°, on which a steel tank with a removable gate has been installed. A fixed horizontal plane (1.5 x 1 m), with an artificial roughness to simulate natural basal friction, served as the deposition area. In total, 93 laboratory tests were carried out: 62 tests simulated the quasi-static formation of a fan (with the tank installed at the lower end of the tilting plane), the remaining 31 examined dynamic fan formation by the means of a flume. The steel tank, with a removable gate facing the deposition plane, is parallelepiped with a square base (15 x 15 cm and 33 cm high) having a maximum volume of 7 dm3. The laboratory tests were conducted using three different materials: plastic cylinders with a diameter and height of 3 mm; medium to fine gravel; and debris-flow matrix (with a diameter < 19 mm), varying amounts of water were added to the debris-flow matrix to test solid concentrations in a range between 0.45 and 0.67. Data analysis included the development of semi-empirical equations for runout distance, the maximum width of the deposit and total travel distance. An energy balance approach was tested in order to determinate the rheological parameters of the debris-flow matrix, this method is based on the comparison between the potential energy of the mass stored in the tank and the work made in the process of deposit formation. The field sites related to the debris-flow events are located upstream of the town of Cortina d'Ampezzo (Fiames locality, Belluno, Italy), where an intense rainstorm triggered six debris flows during the afternoon of 5th July 2006. Immediately following the event, field surveys were carried out in the study area. These field surveys made it possible to measure several features, including the debris-flow deposits, main channels and initiation areas. Samples taken from the debris-flow deposits have been used for laboratory tests. Total travel distances and the runout distance on fans measured in the field were compared with formulas found in the literature (empirical/statistical and physically oriented) and also compared to the results of the laboratory tests. An estimation of shear stress from the field site was calculated using Johnson's (1970) formula. The Fiames debris-flow event of 5th July 2006 and the laboratory tests (dynamic runs) were simulated using FLO-2D, while RAMMS (Rapid Mass MovementS) was used solely to simulate the Fiames event. FLO-2D (O'Brien, 2003) is a two-dimensional flood routing model with a rigid bed (debris-flow simulations) or a mobile bed (sediment transport simulations), it simulates water flows in wide rivers as well as non-Newtonian flows over alluvial fans. FLO-2D numerically routes a flood hydrograph while predicting the area of inundation, the maximum depth and the flow velocity in each cell of the square grid system derived from input topographic data. RAMMS was developed in 2005 by the Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research (WSL), Birmensdorf and the Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research (SLF), Davos. RAMMS uses a one-phase approach based on Voellmy rheology (Voellmy, 1955; Salm et al. 1990). The input file combines the total volume of the debris flow located in a release area with a mean depth. The model predicts the area of inundation, the maximum depth and the flow velocity in each triangular-shape cell of the input DTM. The limitations of the numerical simulations relating to the laboratory tests were investigated to verify to what extent rheological parameters could be determined using this indirect method. The analysis of the Fiames event enabled understanding of the rheological behaviour related to the dolomitic debris-flows and the influence exerted by the input parameters on the final results. Finally, some improvements to the RAMMS model were proposed to obtain simulations in keeping with the events observed in the field.

Lo scavo di gallerie rappresenta sicuramente una tra le sfide più impegnative che un ingegnere civile possa affrontare. Ciò è dovuto principalmente alla natura tridimensionale di questo problema di interazione terreno-struttura ma anche alle numerose incertezze che possono entrare in gioco nella progettazione. Recentemente, le tecniche di calcolo numeriche, che permettono una più ampia comprensione del problema, hanno subito un notevole sviluppo, diventando una risorsa fondamentale per la progettazione di scavi in sotterraneo. Tuttavia, solo ingegneri con una buona preparazione numerica sono in grado di gestire la modellazione di problemi di interazione terreno-struttura così complessi. Inoltre, tali modelli richiedono una attenta calibrazione dei parametri e una costante validazione con dati di monitoraggio. Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare alcune delle principali problematiche legate alla progettazione di gallerie superficiali scavate in tradizionale. Il vantaggio principale dello scavo in traditionale rispetto a quello meccanizzato è legato alla maggiore flessibilità nella scelta dei rivestimenti e delle techniche di rinforzo del cavo e del fronte della galleria. Tuttavia, una maggiore flessibilità progettuale è necessariamente legata ad una profonda conoscenza del comportamento deformativo dell’ammasso, nonché ad un utilizzo consapevole delle tecniche modellazione numerica. Il presente lavoro è principalmente incentrato sulle seguenti tematiche riguardanti la progettazione di gallerie superficiali: - la stabilità di fronti di scavo rinforzati e non rinforzati; - l’applicabilità degli Eurocodici ad una progettazione condotta mediante tecniche di modellazione numerica; - la calibrazione dei parametri del modello numerico e la sua validazione attraverso dati di monitoraggio.
Among the problems that civil engineers have to face, the design and verification of an underground construction is one of the most challenging. A tunnel engineer has to tackle with a complex three-dimensional soil-structure interaction problem where many factors and uncertainties come into play. This is the reason why professional experience and engineering judgment usually play a crucial role. In recent years, numerical calculation techniques, which can provide an important basis for a better understanding of the problem, have strongly improved. They have become a fundamental resource for underground construction design, but they also entail some drawbacks: - only engineers with a strong numerical background can handle complex soil-structure interaction problems; - numerical calculations, especially if 3D, can be very time-consuming; - material parameters should be carefully evaluated, according to the particular problem and adopted constitutive law; - numerical models need to be validated with field monitoring data. The goal of this thesis is to investigate the main issues regarding the applicability of numerical analyses to the design and verification of traditionally excavated shallow tunnels. Despite, the remarkable technological improvement in mechanised tunnelling, traditional techniques still represent, in some cases, the most suitable and convenient solution. The principal advantage of traditional techniques is the high flexibility in the choice of supports and reinforcement measures. However, design flexibility implies a deep understanding of the ground response to underground openings as well as a conscious use of numerical models. This work provides a contribution to the numerical design of shallow tunnels by focusing on three principal issues: - stability of reinforced and unreinforced excavation faces; - Eurocodes applicability to a numerically-based design; - parameters calibration and numerical validation through comparison with monitoring data.

In questo lavoro di tesi sono stati studiati gli effetti delle variazioni di pressione dei fluidi iniettati in reservoir sulla formazione delle linee di flusso dei fluidi di strato. In particolare è stato utilizzato un caso studio proposto nell’articolo ‘A. Battistelli e S. Nagy. Reservoir engineering assessment of low temperature geothermal resources in the Skierniewice municipality (Poland), Geothermics, 29, 2000’ per confrontare le linee di flusso ottenute mediante una soluzione quasi-analitica, proposta nel lavoro di Battistelli e Nagy, con quelle ottenute a partire da simulazioni numeriche e vedere come le linee di flusso reagiscono a cinque diversi valori di pressione di iniezione man mano crescenti. Il confronto non è stato eseguito solo dal punto di vista qualitativo ma anche dal punto di vista quantitativo, calcolando per ogni portata gli andamenti dei tempi di volo e le distanze percorse delle 56 particelle utilizzate. Per la simulazione numerica è stato utilizzato il simulatore TOUGH2, uno dei software maggiormente impiegati nell’ingegneria dei reservoir geotermici. L’output di TOUGH2 è stato processato mediante il programma TOUGH2Path, che implementando l’algoritmo di Klausen, fornisce in output tutte le informazioni per la visualizzazione del percorso delle particelle anche per griglie di Voronoi. Il lavoro svolto ha prodotto risultati molto interessanti evidenziando ad esempio come le variazioni di densità dei fluidi a seguito di variazione di pressione siano aspetti da tenere in debita considerazione per una corretta valutazione delle linee di flusso.

Gli ammassi di galassie sono le strutture più grandi che possiamo osservare nell’Universo. La loro formazione deriva direttamente dalla crescita delle perturbazioni primordiali di densità e dal loro conseguente collasso gravitazionale indotto appunto dalla gravità. Gli ammassi di galassie sono molto importanti in Astrofisica in quanto possono essere considerati come dei laboratori per lo studio di molti aspetti fisici legati al gas, all’ICM e all’evoluzione delle galassie. Lo studio degli ammassi di galassie è molto importante anche per la Cosmologia in quanto è possibile effettuare delle stime sui parametri cosmologici ed ottenere dei vincoli sulla geometria dell’Universo andando a valutare la loro massa e la loro distribuzione nell’Universo. Diventa quindi fondamentale l’utilizzo di algoritmi che ci permettano di utilizzare i dati ottenuti dalle osservazioni per cercare ed individuare gli ammassi di galassie in modo tale da definire meglio la loro distribuzione nell’Universo. Le più recenti survey di galassie ci forniscono molteplici informazioni a riguardo delle galassie, come ad esempio la loro magnitudine in varie bande osservative, il loro colore, la loro velocità ecc. In questo lavoro abbiamo voluto testare la performance di un algoritmo Optimal Filtering nella ricerca degli ammassi di galassie utilizzando prima solo l’informazione della magnitudine delle galassie e successivamente anche l’informazione sul loro colore. Quello che abbiamo voluto fare, quindi, è stato valutare se l’utilizzo combinato della magnitudine delle galassie e del loro colore permette all’algoritmo di individuare più facilmente, e in numero maggiore, gli ammassi di galassie.

Il presente progetto di ricerca ha l’obiettivo di approfondire la conoscenza dei processi di acquisizione delle competenze numeriche in bambini a sviluppo tipico e atipico. In età prescolare avviene il passaggio dalle competenze numeriche innate e preverbali a quelle più complesse legate ad aspetti culturali e sociali. La co-esistenza di processi dominio-specifici e dominio-generali permette di sviluppare le competenze numeriche: mentre i primi sono legati alla cognizione numerica, gli altri si concentrano su abilità cognitive non numeriche, tra cui il ragionamento, il linguaggio e le funzioni esecutive. Dai 2 ai 6 anni si sviluppa il pensiero simbolico, cioè la capacità del bambino di usare le rappresentazioni mentali per elaborare la realtà in modo progressivamente meno rigido e più reversibile. Altri modelli ipotizzano lo sviluppo, in questa fase evolutiva, di differenti abilità cognitive, tra cui il fattore Gf e le funzioni esecutive, sulle quali si strutturano le abilità di ragionamento, pianificazione e problem solving. Il primo studio ha indagato lo sviluppo di queste competenze durante il quarto anno di vita attraverso un’analisi delle prestazioni di bambini a sviluppo tipico (N=71) appartenenti a differenti fasce d’età (4-4.5 e 4.6-4.11). Ai partecipanti è stata somministrata una batteria che valuta le competenze numeriche, il ragionamento fluido, la qualità del pensiero, il linguaggio e le funzioni esecutive. I risultati mostrano che i bambini di 4.6-4.11 presentano maggiori competenze numeriche a livello lessicale e di conteggio, mentre le capacità di calcolo e quelle relative all’area semantica risultano simili tra le due fasce d’età. Inoltre, emergono differenze nella qualità delle operazioni mentali, nell’inibizione e nell’attenzione sostenuta. Si osservano significative relazioni tra i fattori dominio-generali indagati e le concomitanti competenze numeriche, seppur con differente intensità nelle due fasce d’età. Il medesimo disegno sperimentale è stato utilizzato per indagare le competenze numeriche e le funzioni cognitive in minori con Sindrome di Down. La disabilità intellettiva è stata identificata come una tra le caratteristiche più importanti di questa popolazione clinica, alla quale si associano compromissioni a carico del linguaggio, degli apprendimenti scolastici, tra cui la cognizione numerica, e delle funzioni esecutive. Il secondo studio ha rilevato che soggetti in età evolutiva (N=22) appartenenti a popolazioni differenti ma con medesima età mentale, valutata con il test Operazioni Logiche, mostrano simili competenze numeriche e cognitive. Ad eccezione della capacità di discriminazione di quantità e di lettura dei numeri, gli individui con Sindrome di Down e a sviluppo tipico di quattro anni d’età mentale mostrano analoghe competenze numeriche. Confrontando i dati, nei minori con Sindrome di Down si rilevano deficit nella comprensione morfosintattica e nella memoria a breve termine verbale. A parità di prestazioni, si osservano differenze tra i due gruppi nella quantità e qualità delle correlazioni tra i fattori dominio-generali e le competenze numeriche. Nonostante tali evidenze necessitino di maggiori approfondimenti, si sottolinea l’importanza di promuovere prassi cliniche che includano, già dall’età prescolare, la valutazione delle competenze numeriche e cognitive e, soprattutto nella Sindrome di Down, del funzionamento intellettivo e della qualità del pensiero, al fine di far emergere punti forza e di debolezza.
The present work aims to explore early mathematical competences in typically developing children and in individuals with Down syndrome. The period between 2 and 6 years is crucial for numerical abilities because there is a connection between innate numerical representation and cultural and social acquisition. The co-existence of number-specific and domain-general processes allows the development of numerical skills: the formers are linked to the numerical cognition, the domain-general processes include reasoning, language, and executive functions. In this period children show the ability to use mental representations and develop different cognitive abilities, like Gf factor and executive functions. The first study investigated early mathematical competences and domain-general processes in children between 4 and 5 years old. A battery of tasks assessing numerical competences, fluid reasoning, logical thinking, receptive language, and executive functions have been administered to a group of 71 typically developing children divided into groups based on their age (4-4.5 vs 4.6-4.11). The results revealed that the younger group performed at a significantly lower level on tasks assessing symbolic mathematical skills and counting. The mental additions and quantity discrimination performances were similar between the two groups. Furthermore, there were significant differences between the two groups on logical thinking, inhibition and sustained attention tasks. The results showed significant correlations between domain-general processes and concomitant mathematical competences, but the effects of these associations were different for the two groups. The second research analysed the same cognitive tasks in individuals with Down syndrome. Intellectual disability has been identified as one of the most important features in this population. The behavioral phenotype of individuals with Down syndrome is characterized by language impairments, limited memory span, and deficits in executive functions and learning abilities. The battery has been administered to a group of 11 individuals with Down syndrome and 11 typically developing children matched for mental age, assessed with the Operazioni Logiche test. The findings revealed that the group of participants with Down syndrome performed at a significantly lower level of quantity discrimination, grammatical comprehension, and short-term verbal memory tasks. Moreover, individuals with Down syndrome read better Arabic numbers than the control group. The results showed differences between the two groups on the quantity and quality of the relationships between domain-general processes and mathematical competences. Certainly, more researches on typically developing and Down syndrome children are needed, but these findings have shown significant similitudes and differences between typical and atypical population and the importance of a neuropsychological assessment. It should include mathematical competences, EF, language, fluid reasoning, and logical thinking. This approach could be useful for identifying strengths and weaknesses in the profiles.

Il tema di questa tesi è relativo allo studio degli effetti conseguenti alla presenza di turbolenza nell’intracluster medium (ICM). L’evoluzione termodinamica della materia barionica è uno dei problemi chiave dell’astrofisica odierna. La maggior parte dei barioni nell’universo appare sotto forma di gas diffuso ionizzato e con l’attuale generazione di telescopi X (Chandra, XMM-Newton, Suzaku) è finalmente possibile ottenere osservazioni di alta qualità di questo plasma caldo. Recentemente è stato proposto che la turbolenza, generata dall’AGN feedback e/o in concomitanza con i processi di formazione della struttura, possa avere un ruolo di prim’ordine nell’evoluzione di tale plasma caldo. Il mio obiettivo con questo lavoro è investigare le conseguenze della presenza di turbolenza nell’ICM attraverso simulazioni numeriche 3D. In particolare utilizzo il codice AMUN, un codice parallelo a griglia fissa sviluppato da G. Kowal per studi ad alta risoluzione della turbolenza MHD in diversi sistemi astrofisici. In particolare, poiché non è ancora chiaro come questa turbolenza sia fatta e si origini, ho elaborato diversi modelli con una turbolenza idealizzata e iniettata a diversa potenza e con diversa scala di iniezione, in modo da indagare i principali effetti termici e dinamici, sia su grande scala sia sul solo core, che tali moti hanno sul gas diffuso. Ho inoltre presentato le principali osservabili (profili di densità e temperatura, mappe e molto altro) che saranno confrontate con recenti osservazioni X e in particolare con i dati Hitomi recentemente ottenuti sul Perseus cluster. Per ultima cosa mi concentrerò sulle proprietà delle strutture compatte/filamentari dalla morfologia irregolare che sembrano formarsi nel core dell’ammasso in conseguenza alla presenza di moti turbolenti, amplificando l’accumulo irregolare di materia fredda.

The recent availability of multi-wavelength data revealed the presence of large reservoirs of warm and cold gas and dust in the innermost regions of the majority of massive elliptical galaxies. To prove an internal origin of cold and warm gas, the investigation of the spatially distributed cooling process which occurs because of non-linear density perturbations and subsequent thermal instabilities is of crucial importance. The first goal of this work of thesis is to investigate the internal origin of warm and cold phases. Numerical simulations are the powerful tool of analysis. The way in which a spatially distributed cooling process originates has been examined and the off-centre amount of gas mass which cools when different and differently characterized AGN feedback mechanisms operate has been quantified. This thesis demonstrates that the aforementioned non-linear density perturbations originate and develop from AGN feedback mechanisms in a natural fashion. An internal origin of the warm phase from the once hot gas is shown to be possible. Computed velocity dispersions of ionized and hot gas are similar. The cold gas as well can originate from the cooling process: indeed, it has been estimated that the surrounding stellar radiation, which is one of the most feasible sources of ionization of the warm gas, does not manage to keep ionized all the gas at 10^4 K. Therefore, cooled gas does undergo a further cooling which can lead the warm phase to lower temperatures. However, the gas which has cooled from the hot phase is expected to be dustless; nonetheless, a large fraction of early type galaxies has detectable dust in their cores, both concentrated in filamentary and disky structures and spread over larger regions. Therefore a regularly rotating disk of cold and dusty gas has been included in the simulations. A new quantitative investigation of the spatially distributed cooling process has therefore been essential: the contribution of the included amount of dust which is embedded in the cold gas does have a role in promoting and enhancing the cooling. The fate of dust which was at first embedded in cold gas has been investigated. The role of AGN feedback mechanisms in dragging (if able) cold and dusty gas from the core of massive ellipticals up to large radii has been studied.

La prima parte di questa tesi di dottorato presenterà un modello generalizzato che predice la risposta alla compressione, alla trazione e al momento flettente di qualunque HPFRCC/UHPFRC, al variare della resistenza della matrice, del rapporto di aspetto e dal dosaggio di fibre. Il modello è stato calibrato sulla base di un estesa indagine sperimentale effettuata sia su provini di laboratorio che su travi in scala reale composti da differenti calcestruzzi fibro rinforzati. Il modello proposto non solo estende il campo di applicazione dei modelli esistenti alla famiglia dei materiali UHPFRC, ma introduce la predizione del comportamento post fessurativo a trazione. Un calcolo analitico basato sulla ``Teoria del Materiale Composito" (CMT) può stimare la risposta a flessione una volta che le risposte alla compressione e alla trazione sono state predette dal modello. Il modello può quindi essere utile per correlare i differenti test di caratterizzazione richiesti per un dato prodotto; per esempio, se le risposte alla compressione e alla trazione di un HPFRCC o UHPFRC sono state misurate o predette dal modello, questo può stimare i risultati dei test a flessione. Inoltre il modello permette di minimizzare il costo di produzione del prodotto commerciale, individuando il tipo ottimale e il dosaggio minimo di fibre necessarie per soddisfare le esigenze prestazionali richieste. Il modello è stato adottato in un caso pratico al fine di ottimizzare virtualmente il tipo e il dosaggio di fibre immerse in una struttura esistente in UHPFRC. La seconda parte di questa tesi di dottorato presenterà un modello teorico di principio coesivo che predice la capacità di carico del collegamento di interfaccia di una struttura di calcestruzzo esistente ricoperta da uno strato di HPFRCC/UHPFRC, al variare sia del tipo dello strato superiore, sia del livello di umidità superficiale del substrato prima della posa dello strato superiore. Differenti test sul collegamento sono stati concepiti dall'autore al fine di caratterizzare accuratamente le relazioni di peeling-apertura di fessura (modo I), taglio-scorrimento (modo II) e il fattore di accoppiamento tra il modo I e II. I dati sperimentali sono stati usati per calibrare il modello. Una ulteriore indagine sperimentale è stata compiuta per confermarne l'attendibilità. Un modello FEM è stato sviluppato al fine di riprodurre numericamente il processo di propagazione di danneggiamento in interfaccia. Le simulazioni numeriche sono state comparate coi risultati sperimentali. L'interfaccia agli elementi finiti è stata modellata mediante l'uso di un'appropriata legge coesiva non lineare che correla le relazioni di modo I con quelle di modo II sulla base dei dati sperimentali.
The first part of this phD thesis will present a generalized model that predicts the compressive, tensile and bending flexural responses of any HPFRCC/UHPFRC, as the matrix strength, the aspect ratio and the amount of fibers change. The model has been calibrated on the basis of a comprehensive experimental investigation carried out on both lab specimens and full-scale structural beams made of different fiber-reinforced-concretes. The proposed model not only extends the range of application of the existing ones to the family of UHPFRC materials, but also introduces the prediction of the post-cracking tensile response. An analytical calculation based on the ``Composite Material Theory" (CMT) can estimate the bending flexural response once the compressive and the tensile behaviors are predicted by the model. The model may therefore be useful to correlate the different mechanical tests of characterization requested for a given product; for example, if the compressive and tensile responses of a given HPFRCC or UHPFRC are measured or predicted by the model, the latter can estimate the results of bending flexural tests. Moreover, the model permits to minimize the manufacturing costs of the commercial product, by detecting the optimal type and the minimal dosage of fibers necessary to meet the mechanical performances required. The model has been adopted in a practical case in order to virtually optimize the type and the dosage of fibers embedded in an existing UHPFRC structure. The second part of this PhD thesis will present a theoretical cohesive-based model that predicts the load carrying capacity of an existing concrete structure overlaid with a layer of HPFRCC/UHPFRC, by varying both the type of overlay and the moisture level of the substrate surface prior to overlay. Several bond tests were designed by the author in order to accurately characterize the peeling-crack (mode I), the shear-slip (mode II) relationships and the coupling factor between mode I and II. The experimental data were used for calibrating the model. A further experimental campaign was carried out for confirming the reliability of the model. A FEM was developed in order to numerically reproduce the propagation of the damage process at the interface. The numerical simulations were compared with the experimental results. The FE interface was modeled with a proper nonlinear cohesive law which couples the relationships of mode I with mode II on the basis of the experimental data.

The objective of this study was to investigate a multifunctional system under high- to hyper-velocity impact loading. This multifunctional system is a plate structure that, in addition to its load bearing function, has the ability of self-repairing holes generated by impacts. In order to achieve multiple functionality the panel consists of several different layers, each having a specific task, and thus primary contributing to a specific function of the entire multifunctional structure system. From a structural point of view this multifunctional system can be considered as a multilayer plate. From a functional perspective the panel layers can be divided in two groups: structural layer and self-healing layer. Each layer can occur once or more in a panel configuration. The performance of the multifunctional structure depends on the number of layers, the mechanical and physical properties of the individual layers, layer thickness and on the arrangement of the various layers in a multifunctional structure. The multifunctional system investigated in this work consists of one self-healing layer and one or two structural layers. To provide the structural system with the ability to seal holes generated by perforating impacts a layer of ethylene-co-methacrylic acid ionomer was used in a multifunctional system. These ionomers have been observed to self-heal following ballistic puncture and such a response is an inherent behaviour of those materials, therefore no external intervention is necessary in the self-healing process. For the structural layers, plates made of composite materials were used. Two slightly different structural layers were investigated. One is a laminate made entirely of carbon fibre reinforced plastics, while the other is a carbon fibre laminate with aramid fabric/epoxy resin composite layers attached to its front and back face. These two structural layers and the ionomer layer were combined to form several configurations of multifunctional panels. The different configurations, including also the individual layers alone, were tested under impact loading. Tests on the ionomer alone were performed to study its protection capability for bumper applications. For this purpose tests on aluminium plates were also performed and the results were compared to those of the ionomer. The protection capability was evaluated by studying the damage on witness plates and the momentum transferred to them. The composite structural layers for the multifunctional structure were tested individually and their behaviour was compared with that of the ionomer self-healing layer. Multifunctional panel configurations consisting of two and three layers were also tested. The impact behaviour and the comparison of the various configurations were characterized through the momentum transfer to the witness plate, the fragments velocities in the debris cloud, the damage in the layers, in certain cases the damage on the witness plate was also used. Several instruments were used to measure the relevant quantities. A ballistic pendulum was used to estimate the momentum of the debris cloud. A high-speed video camera was employed to film the impact tests, which enabled the measurement of fragments velocities by a dedicated software. An ultrasound flaw detector was applied for delamination damage detection in the composite material. Superficial damage was inspected visually. Learning how to use the ultrasound flaw detector and the high-speed video camera was an integral part of the PhD work that required a considerable amount of time. The self-healing of the ionomer was checked for all tests by visually examining the ionomer samples. The experiments were conducted at the CISAS impact facility, using a two stage light gas gun. The impact velocities in the experimental tests ranged from ~1.0 to ~4.0 km/s. Aluminium spherical projectiles were used, and ranged in diameter from 1.5 to 5.6 mm. Numerical simulations of the experimental tests on the individual layers were performed and the results were compared. The numerical simulations were performed with the commercially available ‘hydrocode’ Ansys Autodyn.
L'obiettivo di questa tesi era di studiare un sistema multifunzionale soggetto a impatti ad alta- e iper-velocità. Questo sistema multifunzionale è un pannello che, oltre alla sua funzione portante, ha la capacità di autoripararsi cioè di chiudere i fori causati da impatti. Al fine di ottenere la multifunzionalità il pannello è costituito da diversi strati, ciascuno avente un compito specifico, contribuendo così ad una funzione specifica dell'intero sistema struttura multifunzionale. Dal punto di vista strutturale questo sistema multifunzionale può essere considerato come una piastra multistrato. Dal punto di vista funzionale gli strati del pannello possono essere suddivisi in due gruppi: strato strutturale e strato auto-riparante. Ogni strato può essere presente una o più volte nella configurazione del pannello. Le prestazioni della struttura multifunzionale dipendono dal numero di strati, dalle proprietà meccaniche e fisiche degli strati individuali, dallo spessore degli strati e della disposizione dei vari strati nella struttura multifunzionale. Il sistema multifunzionale studiato in questo lavoro è costituito da un strato auto-riparante e uno o due strati strutturali. Per fornire al sistema strutturale la capacità di richiudere i fori generati da impatti perforanti, uno strato di ionomero con capacità auto-riparanti è stato applicato nel sistema multifunzionale. Si è osservato che questi ionomeri sono in grado di richiudere i fori causati da impatti balistici. Inoltre questa proprietà è un comportamento intrinseco di questi materiali, quindi non è necessario un intervento esterno nel processo di auto-riparazione. Per gli strati strutturali, sono state usate lastre in materiale composito. Due strati strutturali leggermente diversi sono stati studiati. Uno è un laminato realizzato interamente in fibra di carbonio e resina, mentre l'altro è un laminato misto con due strati di fibra aramidica in resina epossidica sulle superfici estreme e una parte centrale in laminato di fibre di carbonio. Questi due strati strutturali e lo strato di ionomero sono stati combinati tra di loro per formare diverse configurazioni di pannelli multifunzionali. Le diverse configurazioni, tra cui gli strati singoli, sono stati testati in casi di impatto. Prove sul solo ionomero sono state eseguite per studiare la sua capacità di protezione nei confronti di impatti. Per questo scopo anche dei test d’impatto su lastre di alluminio sono stati effetuati e i risultati sono stati confrontati con quelli dello ionomero. La capacità di protezione è stata valutata attraverso lo studio del danno su witness plates e la quantità di moto ad esse trasferita. Gli strati strutturali in materiale composito per la struttura multifunzionale sono stati testati singolarmente e i relativi risultati sono stati confrontati tra loro e con quelli dello strato auto-riparante in ionomero. Inoltre si sono testate e valutate configurazioni di pannelli multifunzionali composte anche da due o tre strati. Il comportamento sotto impatto e il confronto delle configurazioni è stato caratterizzato attraverso: - la valutazione del trasferimento della quantità di moto alla witness plate, - la velocità dei frammenti nella nuvola di detriti, - il danno negli strati e, in certi casi, il danno sulla witness plate. Diversi strumenti sono stati utilizzati per misurare tali quantità: - un pendolo balistico per stimare la quantità di moto della nube di detriti; - una videocamera ad alta velocità per filmare le prove d'impatto, il che ha consentito la misurazione della velocità dei frammenti; - un rilevatore di difetti ad ultrasuoni per il rilevamento della delaminazione nel materiale composito. Il danno superficiale è stato ispezionato visivamente così come l'auto-riparazione dello ionomero che è stata valutata per tutti i test esaminando visivamente i campioni di ionomero. L’apprendimento dell’utilizzo di strumenti sofisticati quali il rivelatore ad ultrasuoni e la videocamera ad alta velocità è stata parte integrante del lavoro di dottorato che ha richiesto una considerevole quantità di tempo. Gli esperimenti sono stati condotti presso il laboratorio di impatti del CISAS, utilizzando il cannone a doppio stadio e a gas leggero. Le velocità d'impatto nelle prove sperimentali variavano fra ~ 1.0 e ~ 4.0 km/s. Sono state utilizzate come proiettili delle sfere in alluminio, il cui diametro variava fra 1.5 mm e 5.6 mm. Infine sono state effettuate delle simulazioni numeriche delle prove sperimentali sui singoli strati ed i risultati sono stati confrontati con quelli sperimentali. Le simulazioni numeriche sono state effettuate utilizzando l'hydrocode commerciale Ansys AUTODYN.

L'utilizzo di eterostrutture a semiconduttore nella realizzazione di dispositivi per la quantum information ha come principali vantaggi la scalabilità e la possibilità di essere integrati nei circuiti elettrici tradizionali. In particolare, è stata dimostrata teoricamente la possibilità di realizzare un set universale di porte logiche quantistiche attraverso le architetture che sfruttano flying-qubit. Nei nostri studi, ci concentriamo sulla loro implementazione attraverso interferometri elettronici basati su canali edge nel regime di Hall quantistico, e ne studiamo numericamente la realizzabilità e capacità di calcolo. Gli stati di edge sono canali conduttivi e chirali che corrono lungo il bordo di un 2DEG confinato e caratterizzati da una notevole lunghezza di coerenza, il cui percorso può essere controllato tramite gate metallici che modulano localmente il coefficiente di svuotamento del 2DEG. Oltre all'utilizzo di correnti elettroniche, è attualmente possibile iniettare in tali canali pacchetti elettronici a singola carica. In particolare, ne è stata recentemente proposta la iniezione attraverso quantum dot pumps. Contrariamente ad altri tipi di eccitazione, questi pacchetti sono caratterizzati da un'energia molto più elevata del livello di Fermi e la loro forma gaussiana garantisce un maggiore controllo sulla loro dinamica. Dopo aver illustrato i modelli numerici e le realizzazioni sperimentali dei pacchetti a singolo elettrone maggiormente utilizzati, ovvero i levitoni e le quasi-particelle di Landau, presenteremo il nostro approccio dinamico per la simulazione dei pacchetti di stati di edge. Per simularne l'evoluzione in una geometria 2D arbitraria, abbiamo sviluppato un risolutore parallelo della equazione di Schroedinger basato sul metodo Split-Step Fourier. I risultati ottenuti nel nostro schema dinamico sono confrontati con calcoli di supporto basati su geometrie efficaci 1D e sul metodo della matrice di scattering. Infine, abbiamo descritto il costo computazionale del metodo Split-Step Fourier per un sistema a due particelle in una geometria 2D, che richiede la distribuzione della funzione d'onda a 4 dimensioni sui nodi di macchine HPC nel paradigma MPI. Il metodo Split-Step è inizialmente applicato alla simulazione d'interferenza a singolo elettrone in una geometria scalabile dell'interferometro Mach-Zehnder (MZI) a doppio filling factor. Includendo la forma esatta degli stati di edge generati dallo specifico design del dispositivo, abbiamo progettato un beam splitter elettronico che garantisce una più ampia visibilità rispetto a un tradizionale quantum point contact. Successivamente, abbiamo dimostrato la validità del nostro approccio numerico tramite lo studio dell'antibunching a due elettroni in un esperimento Hong-Ou-Mandel nel regime di Hall quantistico intero. Ivi, abbiamo caratterizzato l'origine della probabilità di bunching non nulla, analizzando l'interazione tra la dispersione energetica dei pacchetti d'onda interferenti e la esatta geometria del partitore elettronico. Grazie alla computazione esatta della funzione d'onda 4D, abbiamo incluso l'interazione Coulombiana tra i nostri pacchetti d'onda fortemente localizzati, e introdotto l'effetto dello screening per osservare la transizione da un interferometro dominato dalla interazione di scambio a uno controllato dalla repulsione intraelettronica. Infine, abbiamo presentato un'implementazione a stato solido di uno sfasatore di fase condizionale basato sugli stati di edge, che si realizza concatenando in parallelo due MZI multicanale. Qui, l'esatta simulazione dello scattering di elettroni sotto l'azione del potenziale Coulombiano in 2D ci consente di analizzare l'interazione tra l'azione selettiva della repulsione elettronica, che funge da entangler, e la geometria su vasta scala del dispositivo.
Quantum information processing devices based on semiconductor heterostructures have the potential to be scalable and easier to be integrated in traditional electronic circuitry than systems based on different platforms. In particular, architectures exploiting the flying-qubit paradigm proved theoretically to allow the implementation of a universal set of quantum gates. We focus on coupled electron interferometers based on edge channels in the Integer Quantum Hall regime for the physical implementation of flying qubits and gates, and study numerically the feasibility of such devices and their quantum computing capabilities. Hall edge states are chiral conductive channels running along the border of a confined 2DEG, with a remarkably long coherence length. Their path can be controlled by means of metallic gates that locally deplete the 2DEG in order to engineer electron interferometers. In addition to the use of interfering currents, electron quantum optics is nowadays realized also by injecting single-electron excitations. Specifically, an injection protocol based on non-adiabatic quantum dot pumps has been recently proposed. In contrast to other types of excitations, these wave packets are characterized by an energy much larger than the Fermi level, and their Gaussian shape ensures a robust control of the wave packet dynamics. After reviewing the theoretical modelling and some experimental realizations of the two most common single-electron excitations, i.e. levitons and Landau quasi-particles, we present our numerical approach for the dynamical simulation of wave packets in edge states. To simulate their evolution in a realistic 2D geometry, we developed an in-house a parallel solver of the time-depedent Schroedinger equation based on the Split-Step Fourier algorithm. Our findings in the dynamic framework are compared to simplified analytical models based on effective 1D geometries and the scattering matrix method. We highlight the numerical challenges in the application of the Split-Step Fourier method for a two-particle system in a 2D geometry, which involves data distribution of the ensuing 4D wavefunction on multi-node HPC architectures with the MPI paradigm. Our time-dependent method has been initially applied to simulate self-electron interference in a scalable geometry of the electron Mach-Zehnder interferometer (MZI) at bulk filling factor two. By accounting for the exact shape of the edge states generated by the full-scale design of the interferometer, we engineer an electron beam splitter that ensures a higher visibility with respect to a traditional quantum point contact. Moreover, we prove the validity of our numerical method by studying two-electron antibunching in an Hall-driven Hong-Ou-Mandel interferometer. Here, we characterize the origin of the non-zero bunching probability - observed experimentally - by studying the interplay between the energy broadening of the two interfering wave packets and the exact geometry of the electron beam splitter. Thanks to the computation of the non separable 4D wavefunction, we include exactly Coulomb interaction between our strongly-localized wave packets, and introduce the effect of screening to observe the transition from an exchange-driven to a Coulomb-driven interferometer in the operating regime of interest. Finally, we propose a solid-state implementation of a conditional phase shifter based on edge states, engineered by concatenating in parallel two multichannel MZIs. Here, the exact simulation of Coulomb-driven electron scattering in 2D allows us to analyze the interplay between the selective action of electron repulsion, that acts as the entangler, and the full-scale geometry of the device.

Tesi riguardo la fase preliminare di una campagna sperimentale su elementi rinforzati a flessione e taglio con fibra di basalto e malta e successivamente testati al fuoco. Comprende una parte relativa al comportamento dei comositi allle alte temperature e una sul problema della delaminazione alle alte temperature. Sono inoltre condotte simulazione numeriche relativamente al problema dell trasmissione del calore all'interno della sezione, con particolare attenzione alla modellazione dell'intuemescente. Sono stati eseguite prove di pull-out sui rinforzi e una serie di prove a compressione a caldo sulla malta d'incollaggio.

In seguito ai recenti eventi sismici si è volta una sempre maggiore attenzione al fenomeno della liquefazione e degli effetti indotti su terreni ed opere. In contesti urbanizzati o sotto strutture/edifici esistenti, quale è la costa nord-adriatica, le soluzioni di mitigazione ordinarie rimangono spesso inapplicabili per la complessità della situazione e/o l’impossibilità tecnica di intervenire nel volume di interesse dell’opera stessa. In letteratura vi sono elementi utili per considerare la permeazione con silice colloidale la tecnica attualmente più promettente per il miglioramento dei terreni sotto edifici esistenti; tuttavia è necessario approfondire la ricerca verso l’applicazione su terreni in condizioni naturali per ottimizzarne la funzionalità, la messa in opera e la sicurezza. Partendo da uno studio sul territorio di Rimini ed in campi prova messi a disposizione dall’Amministrazione locale, si è svolta un’approfondita caratterizzazione delle sabbie costiere al fine di definire i parametri chiave per l’applicazione di tale tecnica, nonché il relativo comportamento dinamico e ciclico. Su alcune miscele si è condotto uno studio atto a definirne il comportamento reologico al variare dei componenti e delle condizioni chimico-fisiche al contorno, utile al controllo dei tempi di gelificazione. In laboratorio poi si sono eseguite prove di permeazione in scala ridotta su sabbie rappresentative e, dal relativo comportamento dinamico e ciclico, si sono sviluppati modelli di analisi di risposta sismica di sito in tensioni efficaci pre-post intervento, necessari a simulare il grado di miglioramento ottenibile sui terreni costieri di Rimini nell’ipotesi di eventi sismici caratteristici; ciò ha evidenziato un’elevato grado di miglioramento senza alterare significativamente il comportamento dinamico dei terreni. Gli sviluppi futuri della ricerca saranno volti essenzialmente all’applicazione in sito ed alla calibrazione dei metodi di controllo e verifica del trattamento.
After recent seismic events, the phenomenon of soil liquefaction and related effects on structures have received much attention in the engineering research and practice. In urbanized contexts, such as the North-West Adriatic coast, standard mitigation solutions under existing structures are often inapplicable due to the complexity of the contest or to the technical impossibility of intervention. From an intensive literature review it can be deduced that the permeation grouting technique by means of colloidal silica could be a promising solution to mitigate soil liquefaction under existing structures. However, it is necessary to go further with research studying this specific technique not only in the laboratory but also on in-site to consider also the specific soil natural conditions. In this thesis, an extensive experimental study is carried out on the Riminese sandy coast aimed at obtaining the key parameters for the application of this technique and the dynamic and cyclic characterization of the local deposits. An extensive rehological study is also performed to investigate, in particular, the gelation time of mixtures of different characteristics, varying the percentage of components and the chemical-physical conditions (e.g. pH and temperature of the mixtures). Then, small-scale permeation tests are performed in the laboratory on representative coastal sands in order to estimate the degree of improvement achievable on-site by means of permeation grouting and the cyclic and dynamic behaviour of treated soil. Finally, seismic site response analyses in effective stress are carried out considering untreated and treated soil parameters (before and after permeation treatment) and using a set of recorded accelerograms compatible with the historical seismicity of the area. Results show that permeation grouting with colloidal silica can be a promising technique for the mitigation of the liquefaction susceptibility of the soil under existing structures.

The topic of this PhD thesis is framed on the study and the analysis of thermal energy storage (TES) systems based on phase change materials (PCM) to be used as a back-up for intermediate temperature applications (up to 250 °C). The work is divided in two part: the first part presents the development of numerical models of the latent heat thermal energy storage (LHTES) devices. Different models are developed by means of a 2D and 3D numerical simulation codes specifically implemented in the COMSOL Multiphysics environment. Design of LHTES requires knowledge of the heat transfer process within them, as well as the phase change behaviour of the PCM used. For simulate the PCM, two approaches are used: the first approach takes only into account heat transfer by conduction during the entire process, also when the PCM is in the liquid phase. In the second, the energy equation considering both heat conduction and natural convection is solved to predict the behaviour of the PCM. Different PCM materials, geometries and configurations of the storage device are considered and tested in order to evaluate the effectiveness of the adopted numerical codes under different working conditions. Finally, the models are validated using experimental data obtained from tests carried out on a double tube heat exchanger with fins and with Rubitherm® RT35 paraffin as PCM. The tests are conducted in the laboratories of the University of Lleida (Spain) by the research group GREA Innovació Concurrent. The second part of this work concerns the design and implementation of a test rig, specifically built for experimental investigation of heat storage devices in the laboratory for TES technologies of the University of Cagliari. An accurate study and selection of both the test rig layout and all the needed equipment is carried out to perform experimental analysis. The test bench is composed of an electrical heater, which heats the HTF up to the operating temperature, an air cooler, which simulate the thermal demand during the discharge phase, a HTF circulating pump, two test sections for thermal energy storage systems, and a preliminary TES device which consists in a shell and tube heat exchanger, where the HTF flows in the tubes while the PCM is placed in the shell side. At this stage, the thermal energy storage system, the measuring devices and the data acquisition system are under implementation.

Questo lavoro di tesi si propone di esaminare la simulazione di una galassia isolata simile alla Via Lattea e, in particolare, di analizzare i processi di feedback dovuto ad esplosioni di supernove, il meccanismo responsabile della generazione di outflow gassosi dal disco. Scopo della tesi è quello di testare la validità dei risultati ottenuti dalla simulazione (generata dal recente modello di feedback SMUGGLE presente nel codice a griglia mobile AREPO) dal punto di vista della formazione stellare, del tasso di esplosioni di supernove e dei fenomeni di outflow di gas su scala galattica. Sono stati indagati vari andamenti evolutivi delle proprietà cinematiche del gas, della formazione stellare e dell'efficienza di rilascio di energia/impulso da parte delle supernove al fine di ricercare relazioni che mettano in luce lo stretto legame tra questi processi astrofisici. La simulazione è stata in grado di generare fenomeni di esplusione di gas in maniera auto-consistente e, in combinazione con l'esaurirsi del gas a causa della formazione stellare, ha condotto la galassia a regolare il suo tasso di formazione stellare e quello relativo alle esplosioni di supernove a dei livelli in accordo con le osservazioni. Inoltre la simulazione è stata in grado di riprodurre la relazione osservativa di Kennicutt-Schmidt. Infine questo lavoro di tesi ha evidenziato una possibile connessione tra la variazione del tasso di densita' superficiale di formazione stellare (SFRD) e l'ammontare di massa di gas esplusa dal disco. Ciò è stato fatto al fine di valutare l'esistenza di un possibile valore critico per la SFRD tale per cui, al di sopra di questa soglia, si possano chiaramente osservare fenomeni di espulsione di gas su scala galattica. I risultati ottenuti però non mostrano evidenze dell'esistenza di un tale valore e che ulteriori approfondimenti e simulazioni di confronto sono necessari per avvalorare questi risultati preliminari.

In this thesis I investigate the photometric and geometric properties of bright magnetic features in the lower solar atmosphere. The contribution of these fea- tures to Total Solar Irradiance (TSI here after) variations observed at different temporal scales has been broadly showed during the last years. Nevertheless, measurements and theoretical investigations of their properties, on which recon- structions of TSI variations are based, have produced discrepant results. In order to interpret discrepancies presented in the literature and to improve our understanding of physical properties of magnetic elements, both experimen- tal and theoretical aspects have been investigated. In the first part of the thesis I show results obtained by the analysis of full disk PSPT broad band images from Rome and Hawaii. Geometric properties and the possible connection with photometric properties have been investigated through the measurement of fractal dimension of features observed in chromo- sphere. Results I obtain agree very well with the ones presented in the literature carried out on similar data and with the same fractal dimension estimator. The fractal dimension increases in fact with features area and reaches a plateau at areas larger than about 1000-2000 Mm2. Nevertheless, by the analyses of im- ages of fractals whose dimension is known by the theory, I show that fractal dimension estimation is critically effected by pixelization, technique employed to select magnetic structures on images and resolution. In particular the in- crease of fractal dimension with object size is an effect of pixelization and thus some conclusions previously drawn in the literature should be revisited. Photometric properties are investigated by the analyses of contrast of identi- fied features in two photospheric bands and in the chromosphere. In particular the variation of the contrast with position on the solar disk and with object size is investigated. I show that the contrast in the chromosphere is not depen- dent on disk position and that in the photosphere monotonically increases from the center toward the limb. A comparison with previously published results shows a better agreement with authors that employed an identification meth- ods similar to the ones I employed to select magnetic features on images. The contrast, especially at the limb, is also critically affected by seeing. Comparison of the scaling of average and maximum contrast with object size suggests that the smaller magnetic elements, whose clustering forms the features analyzed, are characterized by different photometric properties. The increase of average contrast with object size, very similar to the increase observed for the fractal dimension, is instead an effect of filling factor. In order to investigate the physical origin of the results and validate some of the conclusions drawn, 2D numerical codes based on the magnetic flux tube model have been developed. Plane parallel gray atmosphere in LTE is supposed and radiative and convective energy transport mechanisms have been taken into account. In particular two classes of models are investigated. In the first one convection is modelled by the Mixing length theory and radiation by the radiative diffusion approximation. In the second one only radiation is taken into account, but radiative diffusion approximation is dropped and radiative equilibrium is imposed by an iterative scheme. The presence of the magnetic field is mimicked by imposing a lower pressure and density in the magnetic region. In order to evaluate the radiation field a numerical code, based on the short characteristic technique, was developed. A detailed description of the code, as well as results obtained by tests aimed to investigate and compare different numerical techniques and spurious effects, are presented. The radiative flux is finally evaluated by a quadrature scheme. At this aim two schemes have been developed and compared. The software developed has allowed to investigate radiation field through the flux tube models studied. I show that the presence of a magnetic structure generates areas of different shapes and contrast around it. These features vary with the position of the structures on the solar disk (the sight angle) and have spatial scales smaller than the typical scale of a flux tube (about 100 km), so resolution better than 0.1 arcsec is required to observe them. The contrast of magnetic features varies also in function of the optical depth, so that for the same model different center to limb variations of the contrast can be observed. This indicates that contrast is strongly dependent on observation wavelength, thus partially explaining the discrepant results obtained in the literature. Investigation of the results also shows that the center to limb variation of the contrast reflects the temperature stratification inside and outside the tube. Measurements carried out at different wavelengths are thus fundamental for the determination of temperature of magnetic structures and for the investigation of their physical properties.

La seguente tesi mira all'analisi dei fenomeni di dissesto localizzato che interessano l'Antro della Sibilla e alla proposta di possibili interventi strutturali di mitigazione e non strutturali. L’Antro della Sibilla si trova all’interno del sito archeologico di Cuma, area compresa nei comuni di Bacoli e Pozzuoli (NA) e appartenente al Parco Archeologico dei Campi Flegrei. Cuma fu una delle prime colonie greche in Italia, fondata attorno al 750 C. Le principali formazioni rocciose della zona, di origine vulcanica, sono l'Ignimbrite Campana e il Tufo Giallo Napoletano, derivanti da due delle principali eruzioni avvenute, rispettivamente, 39.000 e 15.000 anni fa. La grotta fu scavata dai coloni greci nella formazione del Tufo Giallo Napoletano. La caratterizzazione delle proprietà fisico-meccaniche del Tufo Giallo Napoletano è stata effettuata presso il Laboratorio di Geoingegneria e Risorse Naturali dell'Università di Bologna attraverso prove sperimentali. Questa roccia si presenta in sito naturalmente fratturata e stratificata determinando fenomeni di instabilità locale lungo l'intera estensione dell'Antro, aggravata dal deterioramento di pregressi interventi di bonifica, come, ad esempio, le barre passive installate negli anni '80. Attraverso un rilievo geomeccanico delle discontinuità in situ, è stata possibile la caratterizzazione dell’ammasso roccioso. Nella parte finale del lavoro di tesi si implementa un modello bidimensionale della sezione più minacciata, su cui condurre analisi tensio-deformative, con l'obiettivo di identificare i punti soggetti alle massime tensioni. Le analisi sono state condotte attraverso Plaxis 2D simulando la storia geologica del versante. Dal risultato delle analisi si verifica che l’antro è soggetto a meccanismi localizzati, ma si escludono meccanismi di instabilità generalizzati. Tra le proposte non strutturali si propone un sistema di monitoraggio topografico e deformometrico a basso impatto.

Un aspetto che riveste notevole importanza nelle fluidodinamica computazione è la simulazione di fluidi con corpi solidi in movimento per sistemi caratterizzati da geometrie complesse e interfacce variabili nel tempo. Un interessante approccio a tali problemi è quello di adottare una formulazione Immersed Boundary che fornisce una rappresentazione mista che combina gli aspetti dei metodi euleriani e lagrangiani. La caratteristica distintiva di tale tecnica è quella di simulare la presenza di ostacoli solidi nel dominio fluido senza utilizzare una griglia conforme, ma impiegando strategie differenti, quali l'introduzione di termini correttivi o l'imposizione di opportune condizioni al contorno. Per simulare oggetti solidi in movimento all'interno di un fluido si è sviluppato un algoritmo per la proiezione di campi tra domini differenti, consentendo l'accoppiamento di griglie computazionali distinte. Tale approccio è addottato nel presente lavoro con l'ausilio della piattaforma computazionale Salome e del codice FEMus ad elementi finiti in cui vengono sfruttate le varie librerie per generare le grigle e risolvere l'equazione di Navier-Stokes. L'interpolazione di opportuni campi definiti su tali strutture permette la simulazione indiretta dell'interfaccia tra fluido e solido riproducendo gli effetti dell'ostacolo sul moto. Il modello Immersed Boundary e l'algoritmo di interpolazione proposti vengono validati effettuando il confronto dei risultati ottenuti con quelli forniti da simulazioni numeriche basate su metodi a griglia conforme confermando le notevoli potenzialità di tali tecniche.

Il trattato sottolinea quanto sia indispensabile avere un confronto fra le simulazioni numeriche effettuate col metodo Ray Tracing e le campagne di misure sperimentali. Sebbene le simulazioni numeriche comportino un impiego di tempo e risorse oneroso, una volta impostate risultano molto versatili e rapide nell'apportare cambiamenti ai relativi settaggi e ambiente di propagazione.