In the last years, I had the opportunity to mentor students graduating for a master degree and I’m still doing it. Often, I’m a co-supervisor, collaborating with a professor in the supervisory team. Below I show some abstract of the supervised theses, as written directly by the students.

Gianluca Clemente, 2017/2018

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Implementazione del Displacement-Based Design nella progettazione antisismica dei ponti isolati a travata

Il presente lavoro di tesi pone come obiettivo primario lo studio e l’implementazione in Matlab di 4 codici di calcolo relativi alle nuove procedure di progettazione antisismica, basate sul Direct Displacement-Based Design, per ponti a travata sottoposti ad isolamento sismico. Le procedure prendono semplicemente il nome di Procedura A, Procedura B, Procedura C, Procedura D e differiscono tra di loro nella struttura e nelle ipotesi di base.
Dopo un attento studio, sono stati costruiti i 4 codici di calcolo corrispondenti i quali, nella fase successiva, sono stati opportunamente testati e validati in riferimento ad un caso di studio specifico. Essi costituiscono un pratico ed utile strumento da poter impiegare per applicazioni future volte ad indagare su diverse aspetti relativi la progettazione antisismica di ponti isolati a travata.

Donato Zambetta, 2017/2018

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Influenza dei parametri di progetto più significativi nel DDBD dei ponti ad impalcato continuo

In this work a displacement-based design procedure for multi-span reinforced concrete bridge structures when subjected to seismic action in the transverse direction is presented. The procedure, proposed by Priestley [Priestley, et al., 2007], is implemented in Matlab and is then applied to different possible regular bridge configurations, in which are varied the number of spans, the shape of the valley under the bridge, abutment restraints, seismic intensity and the deck transverse stiffness, in order to:

• Evaluate the displacement shape depending on abutment restraints;
• Define a range of the design drift of each bridge configuration;
• Implement a parametric analysis to evaluate the influence of design parameters on the DDBD of multi-span continuous bridges.

Nel presente lavoro viene presentata la procedura Direct Displacement-Based Design [Priestley et al., 2007] per il progetto di strutture da ponte multi-campata soggette ad azione sismica in direzione trasversale. Tale procedura, implementata in Matlab, è applicata alla progettazione di diverse configurazioni di ponti multi-campata, regolari e rettilinei, nelle quali è fatto variare il numero di campate, la forma della valle sottostante il ponte, la condizione di vincolo alle spalle, l’intensità dell’azione sismica di progetto e la rigidezza trasversale dell’impalcato, con l’obiettivo di:

• Analizzare la forma del profilo di spostamento in funzione delle condizioni di vincolo alle spalle;
• Definire un range di variazione del drift di progetto per ciascuna delle diverse configurazioni di ponti;
• Effettuare un’analisi parametrica per valutare l’influenza dei parametri di progetto più significativi nel DDBD dei ponti ad impalcato continuo.

Flavio di Maggio, 2017/2018

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Gli effetti del secondo ordine sulla progettazione delle alte pile da ponte

Le moderne tecniche di costruzione di ponti e viadotti consentono attualmente la realizzazione di opere molto snelle per l'attraversamento di valli e fiumi, con luci di campate elevate e pile molto alte. Queste ultime possono facilmente raggiungere altezze di 60 - 120 m, per arrivare fino anche a 190 m. Normalmente le pile hanno profili con caratteristiche di rigidezza variabili lungo l'altezza. Le sezioni trasversali possono essere a cassone, mono o pluricellulari, con spessore delle pareti bruscamente variabile o con profilo variabile con continuità. Poiché molto spesso le pile dei ponti a travata sono alte rispetto alle dimensioni della loro sezione trasversale, devono essere presi in considerazione i fenomeni di instabilità flessionale e locale. Dati i presupposti sopra citati, il lavoro di tesi ha fissato i seguenti obiettivi:

• determinare la configurazione deformata delle alte pile da ponte tramite il metodo delle differenze finite;
• implementare tramite MATLAB la procedura iterativa;
• applicare l’analisi pushover su un caso di studio reale;
• validare il codice MATLAB tramite l’analisi sul software SAP2000;
• svolgere un’analisi parametrica variando i parametri di input;
• valutare l’incidenza degli effetti del secondo ordine sulle sollecitazioni della pila.

Vincenzo Venisti, 2017/2018

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Implementazione di un modello per valutazioni di vulnerabilità sismica di pile da ponte monofusto

La valutazione del livello di sicurezza delle costruzioni esistenti, molte delle quali sono datate e progettate secondo una normativa che non prevede un’adeguata filosofia antisismica, è uno dei temi di maggiore interesse della moderna Ingegneria. Considerando il grande numero di strutture e la ristrettezza delle risorse economiche a disposizione, è necessaria una razionalizzazione e semplificazione dei metodi di analisi di vulnerabilità sismica.

Restringendo il campo alle strutture da ponte si può dire che esse hanno una notevole rilevanza poiché in molti casi risultano essere nodi cruciali delle rete di trasporti; caratteristica che fa si che il loro livello prestazionale debba essere garantito anche nei momenti immediatamente successivi ad un sisma.

Focalizzando l’attenzione sulle più comuni strutture da ponte, ossia i ponti e viadotti ad impalcato in semplice appoggio, in questo lavoro di tesi viene realizzato un modello in Excel che permette di valutare la loro curva di capacità. In particolare, per un’analisi di vulnerabilità è possibile assumere che la curva di capacità della struttura sia approssimabile con la curva di capacità della pila critica.

Il comportamento di una pila può essere, in generale, influenzato da vari meccanismi quali la flessione, il taglio, gli effetti del secondo ordine, lo sfilamento delle barre longitudinali o la loro instabilizzazione. Il comportamento flessionale è noto se si conosce il diagramma Momento-Curvatura della sezione di base e la lunghezza di cerniera plastica.

Mentre per la valutazione del taglio, dell’instabilità delle barre e degli effetti del secondo ordine vengono utilizzate delle formulazioni approssimate, per il comportamento flessionale ci si serve di un metodo semplificato che si basa su pochi parametri di input, con il quale è possibile ricavare il diagramma Momento-Curvatura e la lunghezza di cerniera plastica.

Leonardo Fondi, 2016/2017

Relatore principale: Prof. DStefano Pampanin

Analisi parametrica della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a.

Questo studio si pone come obiettivo studiare il rapporto esistente tra lacapacità sismoresistente e la probabilità di superamento dello stato limite ultimo considerando l'aleatoreità della resistenza dei materiali costitutivi e della domanda, in funzione dell'epoca di costruzione. A partire da questi risultati è possibile valutare quale sia il componente che ha maggiore influenza sul comportamento globale della struttura, in modo da poter concentrare, in fase di valutazione della vulnerabilità sismica, gli sforzi di definizione del modello sulle caratteristiche più importanti, potendo ragionevolmente evitare di approfondire le altre in un'ottica di riduzione dei costi.
Per farlo, considerato un edicio modello le cui caratteristiche sono state valutate attraverso un progetto simulato in funzione delle differenti norme che si sono succedute in Italia, è stata valutata la pushover e, variando parametricamente le caratteristiche dei materiali,il relativo fascio. A partire da questo, considerando la variabilità della domanda, è possibile ottenere le curve di fragilità e quindi studiarne la sensibilità costruendo dei fusi. In questo modo sarà possibile valutare contemporaneamente la distanza tra le curve di fragilità causata dalla variabilità delle caratteristiche dei materiali e quella causata dai dettagli costruttivi e valutarne di conseguenza le estensioni.

Pierpaolo Dispoto, 2015/2016

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Gli effetti del taglio sulla duttilià delle pile monofusto in cemento armato

In Italia, fino ad ora, si sono verificati pochi eventi sismici che, per intensità e frequenza, hanno provocato gravi danni ad infrastrutture di importanza strategica come ponti. Nonostante ciò, nel corso degli anni, la comunità scientifica ha mostrato una crescente sensibilizzazione al problema della vulnerabilità sismica, concretizzatasi con l’emanazione delle Normative tecniche di ultima generazione. L’input di questa maggiore sensibilizzazione è stata l’esperienza di altri Paesi, come per esempio quella della California, la quale ha fatto capire che l’eventuale ritardo riguardo l’adozione di una normativa idonea, potrebbe avere conseguenze devastanti: quindi un atteggiamento di prevenzione è senza alcun dubbio la strada da seguire. Infatti, in California, solo dopo 12 anni dal terremoto di San Fernando (nel 1971) che causò collassi di ponti costruiti da poco, venne pubblicato dalla Federal Highway Administration (FHWA) un primo documento intitolato “Retrofitting guidelines for Highway Bridges” (ATC, 1983). In seguito, nel 1989, nonostante fosse già stato attuato anche un vasto, ma inadeguato, programma di rinforzo preventivo, il successivo terremoto di Loma Prieta evidenziò una errata filosofia progettuale. Pertanto, è diventata prioritaria la volontà di trovare un metodo scientifico idoneo a valutare la vulnerabilità dei ponti già esistenti, ossia la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello a fronte di un evento sismico di una data intensità. Ovviamente, quanto appena detto, non può prescindere da una valutazione che permetta di ottimizzare il metodo stesso con riferimento a costi e benefici, ora più che mai necessaria se si considera il momento storico che il nostro paese sta attraversando, caratterizzato da una grave crisi economica. Inoltre, il metodo in questione deve essere tale da permettere una valutazione veloce (basata su semplici rilevazioni) e oggettiva di tutte le strutture che verranno esaminate, in modo da capire su quali di queste sarà prioritario intervenire. Quindi, considerato che le nuove opere in Italia vengono ormai progettate secondo adeguate Normative antisismiche, il presente lavoro di tesi è rivolto alla valutazione della vulnerabilità sismica dei ponti costruiti prima dell’entrata in vigore delle Normative di ultima generazione. I criteri su cui si fonda tale valutazione sono criteri oggettivi perché costituiti da algoritmi che nascono dall’elaborazione di un elevatissimo numero di dati ottenuti con un modello meccanico.

Vito Dalessio, 2014/2015

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Procedure di calibrazione della lunghezza di cerniera plastica nelle pile da ponte monofusto a sezione piena e cava

La modellazione della sottostruttura di un ponte assume grande valenza poiché pile e apparecchi di appoggio sono sede dei principali fenomeni in grado di pregiudicare la funzionalità e l’integrità del ponte. In particolare, poiché nelle pile è concentrata gran parte delle capacità dissipative dell’intera struttura, una corretta modellazione analitica di tale componente strutturale è di primaria importanza per la valutazione delle potenzialità anelastiche della struttura.
Tra le possibili modellazioni, quella a plasticità concentrata è, da un punto di vista computazionale, assai vantaggiosa poiché condensa in pochi punti della struttura le non linearità dei materiali. Nell’ambito di questo tipo di modelli, lungo l’asse dell’elemento vengono a distinguersi due regioni: una elastica e l’altra anelastica, di adeguata lunghezza, chiamata lunghezza di cerniera plastica, di cui non conosciamo l’entità, in cui allo SLU tutte le sezioni raggiungono la stessa curvatura plastica.
In letteratura sono presenti varie relazioni per stimare questa lunghezza, come ad esempio quelle di Priestley e di Park, relazioni che però dipendono esclusivamente dall’altezza della pila, dal diametro delle barre longitudinali e dalla resistenza a snervamento dell’acciaio. In questo lavoro si è voluta vedere l’influenza di altri parametri sulla valutazione di questa grandezza, come la geometria e le dimensioni della sezione, lo sforzo normale adimensionalizzato, la percentuale meccanica di armatura longitudinale, la percentuale geometrica di armatura trasversale e la resistenza a compressione del calcestruzzo. Sono state effettuate analisi statiche non lineari (pushover) a plasticità diffusa per tre tipologie di sezioni, circolare, circolare cava e rettangolare, assegnando diversi valori ai parametri scelti come rappresentativi. Da queste analisi è stato ricavato lo spostamento ultimo in testa, e ponendolo uguale a quello ricavato dall’analisi a plasticità concentrata è stato possibile calcolare indirettamente la lunghezza di cerniera plastica. Successivamente, analizzando i dati si è potuta vedere l’influenza che i vari parametri hanno sulla determinazione di questa lunghezza. Infine, tramite l’operazione di Curve Fitting, sono state ricavate delle relazioni che, assegnati i parametri rappresentativi, forniscono il valore della lunghezza di cerniera plastica espressa come percentuale dell’altezza della pila.

Caterina Masucci, 2013/2014

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Analisi di vulnerabilità di viadotti a travata con pile monofusto a setto in C.A.

Nel presente lavoro di tesi ,si propone una procedura di valutazione della vulnerabilità delle pile a setto in cemento armato, di ponti a travata. La tipologia di ponte e la forma della sezione analizzata, rendono ampiamente spendibile il lavoro nella fase di assessement di viadotti esistenti.
L’importanza strategica che le strutture da ponte ricoprono all’interno della rete stradale , è in netto contrasto con le modalità di progettazione che ,nelle strutture più datate, mancano di una corretta filosofia sismica. Le strutture in c.a. progettate in assenza di adeguata normativa sismica di ultima generazione, sono generalmente caratterizzate da una bassa duttilità disponibile, conseguente all'assenza di un’appropriata gerarchia delle resistenze in grado di favorire la formazione di meccanismi di collasso di tipo globale, alla carenza nella cura dei dettagli costruttivi ed al basso livello di confinamento del calcestruzzo nelle zone critiche.
Obiettivo della procedura, è quello di rilevare i rapporti meccanici e parametri geometrici caratteristici della pila in esame, che inseriti nelle formulazioni in forma chiusa ottenute,portino alla individuazione dei principali punti attraverso cui schematizzare il diagramma momento-curvatura della pila in esame. La modalità con cui i risultati vengono esposti,espressioni analitiche in forma chiusa, si dimostra particolarmente efficace per l’analisi di vulnerabilità di strutture esistenti,poichè i parametri utilizzati sono oggettivi e di immediata determinazione per ciascuna struttura (rapporto meccanico di armatura longitudinale, rapporto meccanico di armatura trasversale,ecc).
Il lavoro è cominciato col fissare le caratteristiche meccaniche della sezione in c.a.(resistenza a compressione del calcestruzzo, resistenza allo snervamento dell’acciaio) e col definire un range di variazione per i quattro parametri adimensionali utilizzati:sforzo normale, percentuale di armatura longitudinale,percentuale di armatura trasversale, rapporto di allungamento della sezione.
I differenti parametri adimensionali sono stati combinati tra loro,in modo da ottenere un’ampia casistica di sezioni ipotizzate. Si è poi sottoposta ciascuna sezione ad una analisi momento-curvatura attraverso un software di calcolo.
Il software attraverso cui le analisi sono state effettuate, ha permesso di ottenere, per ciascuna sezione, una curva momento-curvatura. Le analisi sono state fatte in condizioni di pressoflessione, tenendo conto di una azione verticale ,non trascurabile, rappresentativa dell’azione esplicata dal peso strutturale dell’impalcato del ponte. L’insieme delle curve ottenute ha portato alla creazione di un cospicuo database,su cui si sono svolte le successive operazioni.
Ottenuto il database,si è progettata una funzione in ambiente Matlab ,che ha permesso l’individuazione dei punti notevoli delle curve,al fine di cogliere le principali variazioni che la sezione subisce come conseguenza all’incremento del momento flettente. Ogni punto notevole è dato da una coppia di dati momento-curvatura.

Giulia Marselia, 2013/2014

Relatore principale: Prof. Domenico Raffaele

Analisi di vulnerabilità di viadotti a travata con pile monofusto a sezione circolare cava in C.A.

Le normative strutturali che si sono succeduta a partire dalla O.P.C.M. 3274/2003 in avanti possono essere definite “di ultima generazione” ma il cambiamento verso una progettazione antisismica è stato sì drastico nei contenuti, ma dilatato nei tempi. A causa di una lunga serie di proroghe, infatti, le normative di ultima generazione sono cogenti solo dal 1 luglio 2009.
Inoltre, le normative di ultima generazione hanno una sola origine: la nuova zonazione sismica italiana della O.P.C.M. 3274/2003. La nuova zonazione ha adeguato la pericolosità sismica di normativa dei comuni italiani all’effettiva pericolosità sismica.
Inoltre, i criteri di progettazione seguiti in passato si basavano sulla resistenza. L’edificio doveva resistere alle azioni rimanendo in campo elastico; il criterio prende il nome di FBD, Force Based Design, ovvero una progettazione basata sulle forze, sulla resistenza per l’appunto. Ma mantenere l’edificio in campo elastico sotto l’azione di un sisma comporta il dover sovradimensionare la struttura e non sfruttare le eventuali maggiori risorse della stessa. Le risorse cui si fa riferimento sono quelle in campo plastico, più precisamente le escursioni in campo plastico che definiscono la cosiddetta duttilità strutturale. Il passo successivo è stato sfruttare al meglio la duttilità e dissipare l’energia con appositi accorgimenti. Questo ha portato alla definizione del criterio della gerarchia delle resistenze ed alle soluzioni a dissipazione concentrata. Inoltre, uno degli argomenti più importanti dell’Ingegneria delle Strutture è l’analisi di vulnerabilità che consente di valutare il livello di sicurezza delle costruzioni esistenti. In Italia, come altrove, sono presenti strutture e infrastrutture datate che non sono progettate secondo gli attuali codici normativi e, pertanto, è importante conoscere lo stato di consistenza delle strutture per predisporre piani di intervento e di manutenzione.
Questo lavoro di tesi si sofferma maggiormente sulle strutture da ponte, la cui capacità di dissipare energia è affidata completamente alle pile e per analizzarle si usa uno schema statico a mensola. Un’analisi di vulnerabilità di un ponte semplicemente appoggiato può essere sintetizzata dall’analisi della sua pila critica. L’analisi di quest’ultima può essere a sua volta ricondotta all’analisi della sua sezione d’incastro. Pertanto, l’obiettivo di questo lavoro è quello di fornire delle relazioni adimensionali per stimare i valori dei punti notevoli di una curva momento-curvatura riferita alla sezione di una pila circolare cava. A tal proposito sono state condotte una serie di analisi momento- curvatura facendo variare di volta in volta quattro parametri fondamentali entro un preciso range. Per concludere si è confrontato il comportamento di una sezione circolare cava con quello di una sezione piena, lo scopo del confronto è quello di vedere come all’aumentare della cavità all’interno della sezione il comportamento della stessa cambia e ci si allontana sempre di più dalla sezione circolare piena.