Fernando FRATERNALI | Progetti

STRUTTURE INNOVATIVE PER L'INGEGNERIA CIVILE

Un primo tema di ricerca riguarderà il progetto ed il controllo di una classe speciale di edifici e di strutture da ponte, che sfruttino il paradigma strutturale “tensegrity” a diversi livelli (strutture primarie e secondarie), allo scopo di rispondere ai carichi applicati ed all’ambiente esterno attraverso opportune configurazioni strutturali "leggere" (strutture di minima massa), che siano in grado, eventualmente, di cambiare le proprie proprietà meccaniche in condizioni di esercizio. Una struttura tensegrity consiste di un sistema di corpi rigidi, generalmente sollecitati a compressione, che è reso stabile grazie all’inserimento di cavi pretesi (detti stringhe) tra gli elementi rigidi. Le strutture che formano il nucleo ("core") ed il guscio ("shell") delle costruzioni oggetto d'indagine saranno ottenute assemblando unità tensegrity elementari, che siano eventualmente equipaggiate con sensori e attuatori connessi da fili o dispositivi wireless ad un sistema di acquisizione dati. Un obiettivo fondamentale della ricerca è di pervenire ad unità che possano operare in due distinti regimi di funzionamento: modalità di produzione di energia ("Energy Harvesting Mode" o EH mode) e modalità di controllo ("ConTrol Mode" o CT mode). Il nucleo della struttura sostiene i carichi verticali ed orizzontali dovuti al peso proprio, al vento, all’azione sismica, ed altre azioni accidentali. In relazione al prevalente regime meccanico di esercizio (compressione, momento, taglio, torsione, regimi misti), saranno determinate l’architettura e la complessità ottimale (numero di unità) della struttura nucleo risolvendo analiticamente o numericamente opportuni problemi di ottimizzazione strutturale. Il funzionamento nella modalità operativa CT, sarà orientato a controllare la rigidezza strutturale, ai fini di mitigare gli effetti delle azioni sismiche, e potrà inoltre condurre a controllare l'orientazione della struttura nucleo in modo da alterare gli effetti dell'esposizione al sole ed al vento della costruzione. La core structure potrà convenientemente operare nella modalità EH sotto forti carichi da vento ed azioni sismiche.La struttura shell potrà contenere pannelli solari orientabili, pareti ventilate, facciate solari e generatori eolici e potrà funzionare sia in regime CT che in regime EH.Un ulteriore filone della ricerca proposta riguarderà la realizzazione di attuatori e sensori tensegrity consistenti in assemblaggi di unità tensegrity in una, due o tre dimensioni ("cristally tensegrity"). Si intende pervenire a sistemi di monitoraggio strutturale non distruttivo di tipo avanzato, a sistemi dissipatori di energia ed a "lenti acustiche" in grado di focalizzare le onde meccaniche in regioni dello spazio molto compatte. La ricerca in esame prenderà le mosse da studi condotti in anni recenti dal gruppo proponente e farà uso, in particolare, del seguente brevetto per invenzione: "C.Daraio, F. Fraternali, Tensegrity materials, actuators and sensors (Docket: CIT 6127-P), California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA, 2012".Ulteriori temi di ricerca riguarderanno l'impiego in campo civile di schiume in nanotubi di carbonio, per la realizzazione di materiali compositi dotati di elevate proprietà meccaniche; la progettazione, la sperimentazione e la modellazione meccanica di materiali cementizi rinforzati con fibre e/o aggregati ricavati da materie di riciclo (quali plastica, vetro, nylon, ecc.); nonché la progettazione e la sperimentazione di sistemi granulari da impiegare per la protezione sismica dei materiali e delle strutture e per la mitigazione dell'inquinamento acustico. Sarà utilizzato in quest'ambito il brevetto per invenzione: "F. Fraternali, Elemento di rinforzo per materiali compositi e relativo metodo di produzione (RM2012A000333), Università degli Studi di Salerno, 2012.