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Il lavoro riguarda l’implementazione di una catena modellistica per l’analisi delle colate detritiche in grado di simulare sia l’evento critico di innesco di precipitazione, attraverso modelli idrologici di piena, che la successiva propagazione a valle del materiale già distaccato posto in alveo, attraverso la modellazione idrodinamica. Gli aspetti di tale modellazione affrontati nella tesi riguardano: (i) la calibrazione e validazione di un modello idrologico in bacini montani, spesso caratterizzati da mancanza di misure o dati poco attendibili; (ii) la stima della portata solida a partire dalla portata liquida; (iii) la scelta di un modello reologico per la corretta caratterizzazione della miscela solido-liquida; (iv) l’implementazione di un modello di propagazione che tenga conto delle pendenze ripide tipiche degli alvei torrentizi e di un criterio di arresto. La framework modellistica è costituita dal modello idrologico semi-distribuito GEOframe-NewAge, qui adottato per la prima volta ad una scala temporale di 5 minuti, adeguata a catturare gli eventi meteorici intensi che causano l’innesco; dal modello idrodinamico in-house DAM_DEBRIS, che integra le classiche equazioni alle basse, qui appositamente modificate per tener conto delle alte pendenze di cui sono caratterizzati i bacini montani. Inoltre, è stato implementato un opportuno criterio di arresto e sono state confrontate più leggi reologiche per la caratterizzazione della miscela. L’area di studio analizzata è la parte montana del bacino del fiume Fella (Alpi Giulie), situato nella parte nord-est della regione Friuli Venezia Giulia. Quest’area, infatti, è altamente suscettibile a fenomeni di colate detritiche in virtù sia delle caratteristiche geomorfologiche che di quelle pluviometriche, con precipitazioni particolarmente abbondanti ed intense. I risultati della modellazione idrologica hanno dimostrato l’attendibilità degli idrogrammi simulati anche in sezioni non strumentate. Relativamente alla parte idrodinamica, primi test effettuati su prove di laboratorio hanno mostrato risultati incoraggianti nell’ottica di una sua applicazione al caso reale. La disponibilità di un simile strumento modellistico, potrà permettere lo studio di possibili scenari futuri indotti, per esempio, dall’intensificarsi di eventi meteorici particolarmente estremi, fornendo un ulteriore strumento per una efficiente pianificazione territoriale. The work of this thesis aims at implementing a hydro-morphodynamic modelling framework for debris flow analysis capable of simulating both the precipitation triggering event, through the hydrological modelling, and the subsequent downstream propagation of debris flow, through the hydrodynamic modelling. The aspects addressed in the thesis concern: (i) the calibration and validation of an hydrological model in mountain basins, often characterized by scarcity of measurements or unreliable data; (ii) the estimation of solid hydrograph from the liquid one; (iii) the choice of a rheological model to characterize the solid-liquid mixture; and (iv) the implementation of a propagation model, which takes into account the steep slopes typical of river beds, and a runout criterion. The framework consists of the semi-distributed hydrologic model GEOframe-NewAge, here adopted for the first time at a 5-minute time-step, which is adequate to capture the intense precipitation events that trigger the debris flowing; the in-house hydrodynamic model DAM_DEBRIS, which integrates the classical shallow water equations, here modified to account for the steep slopes of mountains basins. In addition, an appropriate runout criterion was implemented, and multiple rheological laws were compared for the mixture characterization. The study area is the mountainous side of the Fella River basin (across the Julian Alps), located in the northeastern part of the Friuli Venezia Giulia region. This area is highly susceptible to debris flow phenomena due to both geomorphologic and rainfall characteristics, characterized by abundant and intense precipitations. The results of the hydrological modelling demonstrated the reliability of the simulated hydrographs in ungauged areas. With regard to the hydrodynamic part, first numerical tests carried out on laboratory tests showed encouraging results with a view to its application to the real case. The availability of such a modelling tool, may allow the study of possible future scenarios induced, for example, by the intensification of extreme weather events, providing an additional tool for an efficient territorial planning.

Questo contributo si inserisce in un ampio studio condotto sul tipo architettonico della scala residenziale e, in particolare, sulle scale del ’700 napoletano (Italia) ed è circoscritto all’interno di un’analisi sul tema progettuale dello scalone nobiliare. Sin dall’antichità gli edifici del potere hanno riposto nello scalone d’onore molteplici connotazioni simboliche finalizzate ad attribuire magnificenza e rappresentatività all’edificio attraverso l’architettura costruita. Nel Settecento napoletano lo scalone d’onore residenziale trova riferimento in quello del Palazzo Reale. Attraverso l’indagine conoscitiva ottenuta ricorrendo alla prassi del rilevamento architettonico e dell’analisi geometrica dei risultati, è qui proposto il caso studio dello scalone d’onore del Palazzo Spinelli di Laurino, situato nel centro antico di Napoli e che presenta un peculiare impianto planimetrico a forma ovata. Per la prima volta nella letteratura locale, il rilievo dello scalone è posto a confronto con quello di un ambiente sottostante, altrettanto ovato, poco noto e mai rilevato, al fine di verificare una possibile e precedente configurazione spaziale dello scalone tale da porlo tipologicamente in relazione con uno scalone monumentale di sperimentazione europea. Si ringrazia il TIN, Teatro Instabile di Napoli e il Cavaliere Ettore Araimo per la disponibilità all’accesso alle architetture.

Questo documento è il terzo deliverable dell'accordo di collaborazione tra ASI e INAF in ambito "Detriti Spaziali- Supporto alle attività IADC e SST 2019-2021".

[IT] Questa ricerca è dedicata allo studio della configurazione geometrica della scala come spazio rappresentativo dell’architettura. Questo contributo analizza una sorprendente scala, situata a Napoli (Italia) a Capodimonte, costruita in tufo (con sistema a sbalzo) e con sviluppo spaziale su una pianta a forma di cono rovescio. I metodi di indagine adottati sono stati il rilievo architettonico (diretto e con scanner laser) e l’analisi geometrica delle forme. I dati raccolti hanno permesso di riconoscere in questa scala la presenza di un grande pensiero progettuale capace di costruire una scala ovata a sbalzo nel tufo, adattando il suo sviluppo a un’elica conica invertita. Il modello della scala ovata è stato analizzato anche nei trattati di architettura italiana dal XVI al XVIII secolo., [EN] This research is dedicated to the study of the geometric configuration of the staircase as a representative space of architecture. This contribution analyzes an astonishing staircase, located in Naples (Italy) in Capodimonte, built in tuff (in a cantilevered system) and with a spatial development on an inverted cone-shaped plan. The investigation methods adopted were the architectural survey (direct and with laser scanner) and the geometric analysis of the forms. The data collected allowed to recognize in this staircase the presence of a cultured design thought capable of constructing a cantilevered ovate staircase in the tuff, adapting its development to an inverted conical helix. The model of the ovate staircase was also analyzed in Italian architectural treatises from the sixteenth to eighteenth centuries.

La tesi descrive gli aspetti metodologici e processuali sottesi al Building Information Modelling nella realizzazione di un progetto complesso quale la nuova metro di Doha. L?approccio progettuale e costruttivo indagato si basa sulla centralit� assunta nell?intero processo dal modello informativo, attraverso l?integrazione e il coordinamento tra le diverse discipline coinvolte (architettura, ingegneria e impianti) e mediante la condivisione delle informazioni in esso contenute tra tutti gli attori coinvolti, dall?ideazione alla realizzazione fino alla futura gestione dell?opera.

Over the last years timber constructions are gaining back a primary role in the building industry after decades in which they were almost abandoned in favor of concrete and steel structures. A sign of this change is the appearance in the last years in many Italian universities of courses dedicated to the design of timber structures. One of the main reasons behind this success must be sought in the development of new engineered timber materials, such as glued-laminated and cross-lam timber, that allowed to wooden structures to reach structural potentialities that until some decades ago were prerogative of concrete or steel building materials. Tests recently carried out on full-scale buildings have also proven the excellent capabilities of these new timber technologies in providing reliable and highly-performant multi-storey building able to withstand high seismic intensities. Since the employment of timber to build multi-storey buildings in seismic-prone areas is quite recent, many aspects relating the understanding of their structural behavior and their correct design are still to be sought, as demonstrated by the lack of provisions in current building codes and standards and the still ongoing great amount of research activity on seismic behavior of timber structures. Modern timber technologies also allow to cover very large spans with long glued-laminated timber beams, satisfying the need of large open spaces and architectural flexibility required by modern building design approaches. These bulky big-size elements anyway result quite expensive in production, transportation and installation phases undermining the economic competitiveness of timber structures. To cope with this problem, the prototype of an innovative timber-steel composite beam consisting of sub-elements assembled on-site to create longer members has been ideated at KTH Royal Institute of Technology of Stockholm in Sweden. One of the objectives of this thesis is therefore to provide an advance in the state of knowledge of timber building technology adopted for seismic-prone areas, focusing in particular on both numerical modelling strategies and design methods for cross-laminated timber buildings, illustrated respectively in the first and second part of the thesis. The other goal is the development of an analytical tool for the enhancement and the investigation of the structural performances of the innovative composite beam ideated at KTH Royal Institute of Technology, and it will be exposed in the third and last part of the thesis.

Le frane a lento scorrimento sono solitamente caratterizzate da tassi di spostamento da estramente lento, i.e. mm/anno a lento, i.e. centimetri/anno. Si sviluppano frequentemente in rocce metamorfiche foliate, e la deformazione è prevalentemente localizzata lungo una zona di taglio principale. Le caratteristiche mineralogiche, granulometriche e tessiturali di queste zone controllano sia il comportamento della frana che la sua possibile evoluzione. In questa tesi sono stati investigati sia il comportamento che l'evoluzione della zona di taglio, attraverso prove di laboratorio convenzionali (taglio diretto, le prove uniassiali e triassiali) e non convenzionali (ring shear apparatus). Le successive analisi hanno permesso di considerare sia la degradazione dal punto di vista mineralogico, che meccanico, valutando il ruolo di entrambe nella transizione da lenta a rapida (fenomeni di creep). Le prove sono state condotte su campioni provenienti dalla frana del Mont de La Saxe (MLS, Valle d'Aosta, Italia). La frana ha un volume stimato di circa 8x106 m3 e si estende tra 1,400 e 1,870 m a.s.l., su un'area di 150,000 m2. Questa frana interessa le frazioni di Entréves e di La Palud (Courmayeur), nonchè l'autostrada ed il tunnel del Monte Bianco che collega l'Italia alla Francia. Un altro caso studio comparitivo (Chervaz, Valle d'Aosta, Italia) è stato selezionato per effettuare i test di laboraorio, variando le litologie analizzate (scisti serpentinitici con elevata presenza di fillosilicati). La zona di taglio di MLS contiene sia fillosilicati (almeno il 20%) che grafite (circa il 10%) in grado di controllare le proprietà di attrito. Inoltre, la riduzione della granulometria è stata osservata durante il test con il ring shear apparatus insieme all’allineamento preferenziale delle particelle. Sono state derivate le caratteristiche di attrito e viscosità, come l'incremento di spostamento tangenziale prima dello stato stazionario e il comportamento di creep terziario. Il monitoraggio della frana di Mont de La Saxe è iniziato nel 2009 e negli anni seguenti è stato via via perfezionato. Il sistema di monitoraggio – ad oggi - è composto sia da strumentazione superficiale (e.g. GB-InSAR,…) che di strumentazione di monitoraggio installata in profondità (inclinometri, piezometri e DMS). Un monitoraggio così ampio è - probabilmente - un caso unico nelle Alpi. È stato osservato un chiaro comportamento stagionale, in particolare durante lo scioglimento delle nevi quando la frana mostra un massiccio incremento degli spostamenti (ad esempio, 2012, 2013 e soprattutto 2014). Inoltre, è stata investigata anche la frana del Ruinon (Valtellina, Italia) considerando la disponibilità di dati a lungo termine (dal 2006). È stata quindi condotta un'analisi statistica dei dati di monitoraggio, caratterizzando il comportamento della frana nel tempo e proponendo un nuovo approccio per definire le soglie di Early Warning. Infine, dopo la campagna sperimentale e la profonda analisi dei dati di monitoraggio, è stato sviluppato un modello matematico, basato sull’approccio proposto da Perzyna, in cui l’incrudimento subisce un processo di degradazione. I parametri del materiale sono stati calibrati sia con i risultati sperimentali precedentemente ottenuti e con i dati di monitoraggio. Le simulazioni numeriche attraverso questo modello danno l'evoluzione delle variabili cinematiche (spostamento, velocità e accelerazione) durante i risultati sperimentali. I risultati ottenuti in questa tesi contribuiscono alle nuove conoscenze relative allo sviluppo e all'evoluzione delle zone di taglio e forniscono anche una migliore comprensione di questi meccanismi combinando i test innovativi sviluppati con i dati sul campo in grado di sviluppare un modello per la previsione degli spostamenti delle frane. Infine, lo studio fornisce anche un nuovo approccio per definire le soglie di Early Warning. Rockslides are characterized by slow to extremely slow displacement rates in their initial phases or for their entire evolution. They frequently occur in foliated metamorphic rocks. Field and monitoring evidence show that deformation is predominantly localized along a shear zone. Mineralogic, grain size and fabric characteristics of the shear zone control its behavior and the possible evolution of the rockslide from a slow creeping to a fast moving one. In this thesis we investigate the shear zone behavior and evolution through conventional (direct shear, standard uniaxial compression and triaxial test) and unconventional laboratory testing (with an ring shear apparatus). We try to merge mineralogic data with material degradation and their role in the transition from slow to fast evolution due to creep phenomena, the change in material behavior with shear displacement and velocity. The tests were carried out on samples collected from boreholes through cataclastic shear zones within the Mont de La Saxe (MLS) rockslide, Valle d’Aosta region, Italy, at the extreme termination of a Deep-seated Gravitational Slope Deformations. The rockslide volume is of about 8x106 m3, and it extends between 1,400 and 1,870 m a.s.l., over area of 150,000 m2. This landslide is located close to Entréves and La Palud (Courmayeur municipality) villages and to the Mont Blanc highway that connects Italy to France through a tunnel. Laboratory tests were also performed on samples from the Chervaz rockslide (Valle d’Aosta region) located in a different rock suite (e.g. serpentine schist with phyllosilicates). The MLS shear zone contained both phyllosilicates (at least 20%) and graphite minerals (about 10%) which can control frictional properties. Furthermore, grain size reduction has been observed during slow ring shear testing together with particles rearrangement. Frictional and viscous characteristics, such as the tangential displacement increment before the steady state and the tertiary creep behavior, have been derived. The long-term monitoring of this instability started on 2009 and during the following years has been improved. The monitoring system is composed by ground surface (GB-InSAR, optical targets, TLS surveys, GPS network) and deep-seated equipment (inclinometers, piezometers and DMS probes). Such an extensive monitoring is – probably – a unique case in the Alps. A clear seasonal behavior has been observed, especially during snow-melt season when the rockslide shows a massive increment of displacements (e.g. 2012, 2013 and especially 2014). An addition a case study was selected, the Ruinon rockslide (upper Valtellina, Italian Alps) because of the long-term available dataset (since 2006). A statistical analysis of monitoring data has been completed, in order to characterize to behavior of the rockslides through time and to propose a new approach to define Early Warning displacement rate thresholds. Finally, after the experimental campaign and the deep analysis of monitoring data, a mathematical model, based on the Perzyna’s delayed plasticity theory, in which the hardening rule considers the degradation process, has been developed. The material parameters were calibrated on the experimental results previously obtained and using the monitoring data. The numerical simulations through this model give the evolution of the kinematic variables (displacement, velocity and acceleration) during the experimental results. The results contribute new knowledge regarding the shear zone development and evolution and also provide an improved understanding of these mechanisms by developing one of the first high quality data sets that combines new laboratory tests and field data able to develop a model in order the landslide forecasting. Finally, the study provides a new approach to define Early Warning displacement rate thresholds for slope failures.

La Acid/Base Flow Battery (AB-FB) è una batteria innovativa che rappresenta un metodo sostenibile di immagazzinare energia elettrica. Questa batteria può, in linea teorica, garantire una densità di energia pari a 11 kWh/m3 che è un valore maggiore rispetto a quello fornito dalle tecnologie attualmente più utilizzate nel mondo quali quelle che sfruttano l’energia idroelettrica, l’energia osmotica o ancora l’aria compressa. La batteria AB-FB accumula energia sottoforma di gradienti di salinità e di pH. In particolare, essa funziona grazie ad una unità chiamata “stack” al cui interno ospita una serie di canali che permettono il passaggio di soluzioni elettrolitiche a diversi pH e concentrazioni delle specie chimiche. Questi canali sono separati da membrane monopolari e bipolari a scambio ionico. Nello stack sono coinvolti due processi a membrana: l’elettrodialisi con membrane bipolari (ED-BM) e il suo processo inverso ovvero la elettrodialisi inversa con membrane bipolari (RED-BM). Il primo avviene durante la carica e il secondo durante la scarica della batteria. Questo lavoro di ricerca mira a predire le performance di questo dispositivo attraverso la messa a punto di un modello matematico basato su un approccio di tipo multi-scala. Nello specifico, il singolo canale dello stack rappresenta la scala più bassa del modello, nel quale simulazioni di fluidodinamica computazionale permettono di predire le perdite di carico e il fenomeno della polarizzazione di concentrazione lungo il canale. Il livello medio-basso del modello riguarda il cosiddetto “triplet” ossia l’unità ripetitiva dello stack. A questa scala dimensionale vengono calcolati tutti i flussi attraverso la membrana cioè quello migrativo, diffusivo, osmotico ed elettro-osmotico. Alla scala medio-alta, questo modello consente di predire le perdite di carico e le correnti parassite nei collettori e nei distributori dello stack. In particolare viene calcolata l’incidenza delle correnti di corto-circuito ionico (correnti parassite). Infine, la scala più alta del modello include il calcolo delle equazioni di bilancio di materia all’interno dei recipienti esterni e le perdite di carico nei tubi di collegamento dello stack ai recipienti stessi. Tutte le scale del modello sono completamente integrate l’un l’altra in un unico e originale strumento di simulazione che è in grado di predire parametri di performance della batteria come la densità di potenza prodotta oppure il valore di Round Trip Efficiency. Un’analisi di sensitività è stata effettuata variando caratteristiche geometriche come il diametro del distributore e del collettore e condizioni operative come la densità di corrente durante la carica e la scarica in un ampio range di valori. I risultati ottenuti mostrano che le correnti ioniche parassite attraverso i collettori e i distributori possono rappresentare il limite più importante per questa tecnologia. La progettazione della batteria con geometrie e condizioni operative ottimali possono portare alla riduzione dei fenomeni parassiti e a valori di Round Trip Efficiency anche maggiori del 65% rendendo così questa batteria competitiva rispetto alle tecnologie attualmente più utilizzate.

The research concerns the historical-geometric analysis and the three-dimensional reconstruction of the Castle of Gorizia, with the aim of experimenting with new technologies of acquisition, treatment and interactive dissemination of the architectural heritage. Following the historical documentation recording, the work dealt with two issues: the digital reconstruction of documents in the different historical evolution of the manor and the data acquisition campaign through the combination of various advanced survey techniques (terrestrial laser scanning and digital photogrammetry with SfM algorithm). Technologies of representation allow us to design the fruition of the architectural heritage according to an innovative and shared vision of cultural dissemination; the development of the research is activating a participatory and inclusive learning process that make cultural contents accessible to the community (from institutions, to third sector bodies, to the different categories of users).

La determinazione della vulnerabilità degli edifici passa attraverso il filtro della modellazione numerica. Il modello è, per definizione, una rappresentazione semplificata della realtà, che ci permette di descrivere in forma controllabile i fenomeni che caratterizzano un sistema complesso. L’onere computazionale è sempre da tenere in considerazione e spesso non è conveniente creare modelli eccessivamente dettagliati, che richiedono lunghi tempi di calcolo senza fornire elementi sostanzialmente diversi rispetto ai risultati di una modellazione più semplificata (Gerardi et al., 2017). Quali sono quindi i modelli che possiamo considerare abbastanza prossimi alla realtà? Ogni tipologia strutturale ha le sue particolarità. Questo lavoro si concentra sulle strutture esistenti a telaio in c.a., con tamponature in muratura, tipica tipologia costruttiva degli ultimi sessant’anni, per indagare l’effetto delle scelte di modellazione sul risultato delle analisi, senza considerare le problematiche sulle incertezze nella conoscenza delle caratteristiche delle strutture esistenti (Yalayer et al., 2007). Le tamponature negli edifici a telaio in c.a., specialmente negli edifici più vecchi, dove all’epoca della progettazione non si dava peso al comportamento dinamico della struttura, venivano realizzate direttamente a contatto con la struttura portante. In questo modo essi, pur non essendo considerati strutturali, davano un contributo importante alla rigidezza e alla resistenza laterale dell’edificio. Per la valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio esistente, si possono svolgere diversi tipi di analisi. Nelle analisi non lineari i tamponamenti forniscono un importante contributo nella prima parte della risposta sismica, in fase elastica, prima di rompersi in modo fragile, cosa che solitamente accade prima che gli elementi strutturali arrivino alla plasticizzazione. Per le analisi lineari, invece, l’incremento di rigidezza non solo porta ad un comportamento diverso in termini di modi di vibrare e regolarità della struttura, ma anche ad un incremento delle forze sismiche considerate per le valutazioni. Generalmente, infatti, una maggiore rigidezza (quindi un periodo proprio minore) porta a valori più alti di accelerazione sismica sullo spettro di risposta dato dalla Normativa vigente. Il risultato di un’analisi di vulnerabilità sismica dell’edificio, eseguita su un modello più o meno rigido, porta ad avere forze sismiche molto diverse e quindi risultati di vulnerabilità diversi. Limitandosi al comportamento elastico della struttura e quindi ad un’analisi dinamica lineare di tipo multimodale, si vuole valutare la variabilità dei risultati delle analisi in base al tipo di modellazione scelta dal progettista.