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Ricerche in: Ingegneria Civile
Tradizione ed innovazione nell'Ingegneria delle Costruzioni
Analisi statistica delle proprietà degli acciai da c.a. in base ai requisiti delle NTC 2008
La costruzione della Città dello Sport nell'area dell'Università di Roma Tor Vergata ha creato l'occasione per uno studio approfondito sulla distribuzione statistica delle propriet' meccaniche degli acciai su una struttura di grandi dimensioni. Nell'ambito della collaborazione tra il Laboratorio Strutture e Prove Materiali del Dipartimento di Ingegneria Civile e Il Gruppo Zeppieri Costruzioni, è stata prevista una analisi delle propriet' degli acciai della Città dello Sport attraverso le classiche prove di accettazione degli acciai da cemento armato. Le attività sono ancora in corso poiché la conclusione delle opere in c.a. è prevista per la met' del 2010.
Caratterizzazione dei parametri statistici della distribuzione delle resistenze dei calcestruzzi in opera nella Citta dello Sport di Santiago Calatrava
La costruzione della Citt? dello Sport nell'area dell'Universit? di Roma Tor Vergata ha creato l'occasione per uno studio approfondito sulla distribuzione statistica delle propriet' meccaniche dei calcestruzzi su una struttura di grandi dimensioni. Nell'ambito della collaborazione tra il Laboratorio Strutture e Prove Materiali del Dipartimento di Ingegneria Civile e Il Gruppo Zeppieri Costruzioni, ? stata prevista una analisi delle propriet' dei calcestruzzi della Citt? dello Sport attraverso le classiche prove di accettazione dei calcestruzzi in opera. Le attivit? sono ancora in corso poich? la conclusione delle opere in c.a. ? prevista per la met' del 2010.
Monitoraggio della temperatura in solette d'impalcato di grande estensione
La ricerca ha lo scopo di studiare l'evoluzione delle temperature degli impalcati di una struttura di particolare rilievo quale la Citt? dello Sport di Santiago Calatrava. La citta dello sport ? costituita principalmente dalle strutture del Palanuoto e dal Palasport multifunzionale che hanno impalcati in c.a. a pianta approssimativamente ellittica con diametri di 130 e 190m circa. I solai sono realizzati con solette piene di calcestruzzo interamente gettato in opera con una totale assenza di giunti di dilatazione termica. Nell'ambito di un contratto conto terzi con la Tor Vergata Soc. Consortile s.r.l. ? stato progettato un piano di indagine delle temperature degli impalcati attraverso sonde di temperatura disposte nello spessore delle solette a tutte le quote. L'obiettivo della ricerca ? la valutazione delle escursioni termiche nelle strutture e la comprensione degli effetti della temperatura sul comportamento strutturale.
Portali in muratura rinforzati con FRP
I rinforzi strutturali basati sull'impiego di materiali compositi sono ormai d'uso molto frequente sia nel campo delle costruzioni in c.a. sia in quello delle costruzioni in muratura. Nel primo caso, per?, la presenza del rinforzo non richiede una modifica sostanziale delle usuali procedure di analisi strutturale; viceversa, nel secondo caso, si pu? verificare una profonda alterazione del comportamento strutturale che richiede, pertanto, approcci diversi rispetto a quelli generalmente utilizzati per la valutazione del livello di sicurezza dell'opera. Nel seguito si far' riferimento ad un semplice portale murario costituito da due colonne e un arco circolare che costituisce un modulo strutturale ricorrente in gran parte delle costruzioni in muratura del patrimonio storico italiano.L'analisi di una struttura siffatta, non rinforzata, ?, in genere, eseguita con i metodi classici dell'analisi limite. I carichi che producono il collasso della struttura per cinematismo risultano, di solito, inferiori a quelli richiesti per l'innesco di rotture di diversa natura e pertanto non ? necessario calcolare le sollecitazioni negli elementi strutturali al fine di verificare lo stato di sforzo locale.Nel caso di una struttura rinforzata, anche con una catena in acciaio, l'insieme dei meccanismi di collasso cinematicamente ammissibili si riduce e i carichi di collasso si incrementano. Pertanto si pone il problema di verificare se l'incremento di resistenza al collasso per meccanismo sia sostenibile dalla struttura senza crisi locali anticipate.
Archi in muratura rinforzati all'intradosso con materiali compositi
Il comportamento di elementi curvi in muratura costituisce un tema di ricerca classico nell'ambito della meccanica delle strutture ed ? stato oggetto di numerosi approfondimenti negli ultimi anni con particolare riferimento al problema della protezione sismica di strutture esistenti monumentali.La ricerca intende sviluppare l'analisi e la modellazione di strutture voltate ed in particolare il comportamento di sistemi di archi e volte in presenza di azioni verticali e orizzontali. A questo scopo ? stat predisposta un'estesa campagna sperimentale su archi in muratura e archi realizzati in conci di calcestruzzo posati a secco per simulare in modo preciso l'assenza di resistenza a trazione nei giunti. Lo studio sperimentale, oltre ad evidenziare l'assetto statico delle strutture e a consentire la valutazione dei carichi di collasso ? finalizzato a verificare l'efficacia delle diverse possibili tecniche di rinforzo.Un ampia vadidazione dei risultati attraverso modelli numerici ha consentito lo sviluppo di metodologie di progetto molto precise che consentono il dimensionamento e la verifica dell'intervento di rinforzo sulla struttura.
Ottimizzazione di sistemi di smorzamento passivo risonanti
Le vibrazioni indotte sulle costruzioni da sollecitazioni esterne (vento, sisma, ecc.) possono metterne a repentaglio la funzionalit? e l'integrit? strutturale. Risulta pertanto utile il progetto e l'ottimizzazione di sistemi di smorzamento delle vibrazioni.Tra le varie metodologie di controllo, l'approccio cosiddetto passivo riveste grande interesse per le sue caratteristiche di intrinseca stabilit?, affidabilit? ed economicit?. Ne esistono due principali categorie: sistemi a dissipazione viscosa e sistemi risonanti (assorbitori dinamici di vibrazioni). Le prestazioni di tali dispositivi dipendono in modo cruciale dalla scelta dei parametri progettuali. E' quindi necessario disporre di metodologie generali di analisi ed ottimizzazione capaci di fornire soluzioni soddisfacenti anche quando, a causa di variazioni delle caratteristiche ambientali o strutturali, il dispositivo si trovi ad operare in condizioni differenti da quelle inizialmente previste in sede progettuale.Tale problematica ? affrontata in questa ricerca, studiando in modo esaustivo la dipendenza dai parametri di progetto dei poli del sistema accoppiato struttura pi' smorzatore.Il risultato dell'analisi consiste in abachi di pratica utilit?, che riportano il valore ottimale dei parametri di progetto e dello smorzamento ottenibile, al variare delle condizioni operative in cui la struttura pu? trovarsi.Pubblicazioni:P. Bisegna, G. Caruso, F. Maceri, Optimized electric networks for vibration damping of piezoactuated beams. Journal of Sound and Vibration 289 (2006) 908-937.G. Caruso, Assorbitori dinamici di vibrazione: ottimizzazione e simulazione, L'Edilizia - Speciale ITC, 2006.P. Bisegna, G. Caruso, Optimization of passive resonant damping systems by pole placement, 2009, submitted.
Strutture leggere in materiale multiscala nell'ingegneria civile: rigidit? e resistenza, assemblaggio e replicabilit? industriale
Bando PRIN 2008 - progetto in fase di valutazioneLa ricerca ha l'obiettivo di approfondire le conoscenze di base finalizzate alla costruzione di strutture leggere realizzate interamente in materiali compositi per le diverse possibili applicazioni nell'ingegneria civile, incluse quelle pi' appropriate alle caratteristiche intrinseche di leggerezza, non corrodibilit? ed alta resistenza specifica di questi materiali innovativi. In primo luogo, a partire dai necessari approfondimenti micromeccanici, mirati alla miglior comprensione della meccanica del materiale e del suo danneggiamento, si approfondisce il comportamento di elementi, moduli e strutture in composito, nonch? dei loro collegamenti. La caratterizzazione sperimentale dei giunti e della risposta dei modelli al vero fornir? indicazioni di sicura applicabilit? in termini di principi e metodi della progettazione specifica, in particolare per strutture modulari. Inoltre, verranno esplorate le opportunit? derivanti dall'impiego di materiali innovativi multiscala con caratteristiche multifunzione. In particolare, l'uso di materiali "a gradiente" rende possibile un approccio progettuale del tutto nuovo, basato sulla progettazione del materiale ottimo in grado di soddisfare i requisiti funzionali specifici cui la struttura deve assolvere, razionalizzando al tempo stesso caratteristiche di resistenza e rigidezza, oltre che gli aspetti connessi al montaggio ed alla durabilit?. Inoltre, la possibilit? di arricchire la risposta meccanica dei materiali compositi "tradizionali" con elementi di tipo "sensing" e/o "actuating" (piezoelettrici, leghe a memoria di forma -SMA-, sistemi di masse oscillanti), realizzando un unicum multifunzione, consentirebbe la realizzazione di strutture intelligenti, autodiagnosticanti, con un controllo in tempo reale delle vibrazioni e la conseguente possibilit? di adattarsi alle diverse situazioni ambientali/funzionali.Primi prodotti scientifici: F. Maceri, G. Vairo. Anisotropic thin-walled beam models: A rational deduction from three-dimensional elasticity. Journal of Mechanics of Materials and Structures 4(2):371-394, 2009. F. Maceri, G. Vairo. Beams comprising unilateral material in frictionless contact: A variational approach with constraints in dual spaces. Contact Mechanics, Lecture Notes in Applied & Computational Mechanics, Springer, to appear. F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. An experimental investigation on the bearing failure load of glass fibre/epoxy laminates. Composite: Part B 40, 197-205, 2009. F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. Influence of Bolt Diameter on the Bearing Failure Load of GFRP Bolted Laminates. Proc. Int. Conference on Advanced Composites in Construction, Edinburgo 2009.  F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. Sulla rottura per rifollamento di laminati compositi pluristrato. Italian Association Analysis of Stresses AIAS. Giornata di studio sul tema: Strutture in materiali compositi: problematiche e prospettive, Italy 2008.  F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. Comportamento allo stato limite ultimo di giunti incollati di FRP. Italian Association Analysis of Stresses AIAS. Giornata di studio sul tema: Strutture in materiali compositi: problematiche e prospettive, Italy 2008.  F. Ascione, L. Feo, F. Maceri. Risultati di un'indagine sperimentale sulla rottura per rifollamento di laminati compositi fibrorinforzati. Proc. XXXVII Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2008, Italy.
Conci da tunnel prefabbricati in calcestruzzo ordinario e fibrorinforzato
Sono stati sviluppati sistemi per eseguire prove in scala reale su conci prefabbricati da tunnel. In particolare è stato realizzato un sistema di prova per simulare la spinta della fresa (TBM) su conci. Per tali strutture è stata inoltre studiata una innovativa tecnologia basata sull'utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati. Il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale che ben si adatta alla realizzazione di elementi prefabbricati. L'utilizzo di fibre disperse nella matrice cementizia consente di ridurre o rimuovere l'armatura tradizionale. In un processo produttivo industrializzato, l'utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati permette un miglioramento delle prestazioni e della qualità degli elementi, consentendo vantaggi legati alla riduzione dei costi. Un interessante applicazione in questo campo è legata alla produzioni di conci per la realizzazione di gallerie con frese tipo TBM. Questa tecnica di scavo è attualmente ampiamente usata per la realizzazione di metropolitane, gallerie stradali o ferrovarie ecc. La possibilità di realizzare conci prefabbricati per gallerie in calcestruzzo fibrorinforzato senza armatura tradizionale si è dimostrata una soluzione molto interessante per questa particolare applicazione, dove le sollecitazioni principali avvengono in fase di montaggio e scavo. Sono state eseguite prove sperimentali su conci utilizzati per la Galleria di Base del Brennero, per tre tunnel idraulici a Panama (Monte Lirio, Pando ed El Alto). Sono stati sviuluppati inoltre modelli di calcolo per l'esuzione di analisi basate sulla meccanica della frattura non lineare su entrambe le tipologie di concio (calcestruzzo armato ordinario e fibrorinforzato). La ricerca si occupa inoltre dei sistemi di connessione tra i conci prefabbricati. A. Caratelli, A. Meda, Z. Rinaldi, P. Romualdi. Structural behaviour of precast tunnel segments in fiber reinforced concrete. Tunnelling and Underground Space Technology. Vol. 26, N. 2, pp. 284-291. 2011. A. Caratelli, A. Meda, Z. Rinaldi. Design according to MC2010 of a fiber  reinforced concrete tunnel in Monte Lirio – Panama. Structural Concrete. Vol.13, pp. 166-173. 2013  
Comportamento di solette da ponte in calcestruzzo fibrorinforzato
L'interesse per i calcestruzzi fibrorinforzati è notevolmente accresciuto negli ultimi anni. Dopo le prime applicazioni in strutture dove il contributo delle fibre non è essenziale per garantire la sicurezza strutturale, diverse soluzioni sono state proposte, nelle quali le fibre possono sostituire, parzialmente o totalmente, l'armatura tradizionale . Numerosi studi hanno inoltre mostrato come il contributo delle fibre sulla resistenza a taglio sia significativo, evidenziando la possibilità, particolarmente vantaggiosa, di utilizzare fibre in sostituzione dell'armatura trasversale. Una interessante applicazione dei calcestruzzi fibrorinforzati è quella di strutture a piastra soggette a carichi concentrati: in questo caso la presenza di un rinforzo fibroso è in grado di aumentare la resistenza a punzonamento. Alcune ricerche sono state condotte a riguardo, anche se si sono principalmente occupate del problema di punzonamento nella connessione tra pilastro e piastra. In questa situazione, seppur le fibre offrano un contributo significativo, rimane pi' vantaggioso disporre un'opportuna armatura tradizionale a punzonamento, con cavallotti o ferri piegati. Esistono casi in cui non è possibile definire la posizione del carico concentrato sulla piastra e non è quindi possibile disporre una opportuna armatura tradizionale a punzonamento; un esempio tipico è costituito dagli impalcati da ponte. In questo caso la posizione del carico concentrato proveniente dalle ruote del veicoli non è fissa e ogni punto della struttura deve essere in grado di offrire la sufficiente resistenza a punzonamento. Di conseguenza il posizionamento di un'armatura trasversale diventa difficilmente proponibile per ragioni di costo. Un'altra possibilità è quella di aumentare lo spessore dell'impalcato per garantire la sufficiente capacità portante, ma questa soluzione implica un aumento del peso proprio con conseguenti problemi soprattutto in zone a pi' elevata sismicità. Un'ulteriore soluzione può essere quella di aumentare significativamente la quantità di armatura longitudinale cosa che perà ha un rilevante impatto economico senza importanti risultati strutturali. Nella presente ricerca l'effetto del rinforzo fibroso nell'incrementare la resistenza a punzonamento è studiato attraverso la realizzazione di alcune prove sperimentali su piastre. Nello studio si è fatto riferimento a una tipica soluzione italiana per gli impalcati da ponte in calcestruzzo armato in cui lo spessore è pari a 200 mm. Questo valore rappresenta lo spessore minimo prescritto dalle normative, e generalmente adottato in fase progettuale. Applicando le nuove normative, in ponti di I categoria (soggetti alle condizioni di carico massime) questo spessore non è sufficiente a garantire la resistenza a punzonamento senza armatura trasversale. Al fine di mostrare se l'aggiunta di fibre sia in grado di fornire un sufficiente incremento della resistenza, tale da rendere soddisfatta la verifica a punzonamento, sono state eseguite prove sperimentali su provini in scala (1:2), e successivamente in scala reale. Sono inoltre stati investigati diversi materiali innovativi fibrorinforzati con aggregati leggeri e con "green concrete". Nello stesso ambito sono in corso ricerche sulla realizzazione di cordoli laterali in calcestruzzo fibrorinforzato su solette esistenti.   A. Grimaldi, A. Meda, Z. Rinaldi. Punching shear response in fiber reinforced bridge decks. BEFIB 2008 7th Rilem symposium on fibre reinforced concrete (FRC). Chennai (India). 17-19 September 2008. A. Grimaldi, A. Meda, Z. Rinaldi. Punching shear behaviour of fiber reinforced slabs. Fib-Symposium Concrete: 21th century superhero. London (UK). 22-24 June 2009.  
Analisi di ponti esistenti in muratura e di tecniche tradizionali e innovative di rinforzo
Rinforzo e riparazione di strutture in c.a. con calcestruzzi fibrorinforzati ad elevate prestazioni
Una nuova tecnica di rinforzo è stata recentemente sviluppata dai partecipanti alla ricerca per il rinforzo e la riparazione di strutture in c.a. esistenti mediante l'applicazione di camicie ad alte prestazioni in calcestruzzo fibrorinforzato. La tecnica può essere applicata per il rinforzo di travi, pilastri e nodi strutturali. Il calcestruzzo utilizzato è un materiale avente una elevata resistenza a compressione (fino a 180 MPa) ed un comportamento a trazione di tipo elasto-incrudente con resistenza fino a 12 MPa. La ricerca, sviluppata mediante modelli teorici e sperimentali si pone l'obbiettivo di valutare l'influenza del rinforzo su resistenza, rigidezza e  duttilità strutturale.   A. Marini, A. Meda. Retrofitting of R/C shear walls by means of high performance jackets. Engineering Structures. Vol. 31 N. 12, pp. 3059-3064. 2009. G. Martinola, A. Meda, G.A. Plizzari, Z. Rinaldi. Strengthening and repair of RC beams with fiber reinforced concrete. Cement and Concrete Composites. Vol. 32, N. 9, pp. 731-739. 2010. C. Beschi, A. Meda, P. Riva. Column and joint retrofitting with high performance fiber reinforced concrete jacketing. Journal of Earthquake Engineering. Vol. 15, N.7, pp. 989-1014. 2011. A. Leonardi, A. Meda, Z. Rinaldi. Fire-damaged R/C members repair with high-performance fiber reinforced jacket. Strain. V. 47, N. s2, pp. 28-35. 2011.