l’ ingegneria del vento: boundary layer wind...
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L’ INGEGNERIA DEL VENTO:UN’ANTICA, MODERNISSIMA SCIENZA
Prolusione A.A. 2004/05Prato 15/03/2005
Università degli Studi di Firenze
Prof. Ing. Claudio Borri Direttore, CRIACIV
(Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Vento)
+39 055 4796596
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Introduzione
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… che “c’ azzecca” l’ “ingegneria del vento” a Prato ?
… perché è importante oggi ?
… da dove viene e che cos’ è l’ ”ingegneria del vento” ?
I tre quesiti a cui cercherò di rispondere:
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3. L’ Ingegneria del vento oggi:
l’attività del CRIACIV a Prato
2. Rilevanza socio-economica
1. Sviluppi storici
4. Tre grandi opere
5. Conclusioni e prospettive
Introduzione
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Sviluppi storici
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• dagli albori della storia al Rinascimento
• dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
• dalla fin dell’800 alla metà del ‘900
• dalla metà del ‘900 ai nostri giorni
1. Sviluppi storici
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Kahun, Egitto (2000 a.C.): il quartiere degli operai ad Ovest produce riparo ai
venti caldi del deserto per il quartiere dei nobili che
ricevono al contempo gradevoli brezze
provenienti da settentrione
Cina (VI secolo a.C.): principi “urbanistici” volti a razionalizzare l’ingresso dell’aria e della luce e a proteggere la abitazioni dal vento a dal freddo
1. Sviluppi storici: dagli albori della storia al rinascimento
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Tratto da “Meteorologia” di Aristotele (384-322 a.C.) la prima spiegazione sull’origine del vento: “dal riscaldamento della terra ad opera del sole si
genera di necessità un’esalazione non semplice, bensì di due tipi: una più simile al vapore, l’altra più simile al soffio. L’esalazione umida è alla base del
meccanismo di formazione delle nubi,della pioggia, della neve, delle sorgenti, dei fiumi, della rugiada e della brina; l’esalazione secca, altamente
infiammabile, produce le comete, le stelle cadenti, i venti, i terremoti, i fulmini, i turbini, i tifoni.”
1. Sviluppi storici: dagli albori della storia al rinascimento
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Prima rosa dei venti ad opera di Teofrasto (ca. 300 a.C.): nel “libro dei segni” ca. 45
manifestazioni foriere del vento
Torre dei venti (I,II sec. A.C.): la banderuola con l’effige del dio marino Tritone, è
considerato il primo strumento di misura dei fenomeni metereologici
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1. Sviluppi storici: dagli albori della storia al rinascimento
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- Scarse le novità di rilievo nel periodo post-greco e romanico, attraverso il Medio Evo: i mulini a vento sono l’unica eccezione (dal III sec. a.C. al VI sec. d.C.: dalla Persia alla Cina, in Egitto ed in Arabia, fino al loro ingresso in Europa dopo le crociate)
- Grazie a “De re aedificaoria”, G. B. Alberti (1404), che si ispira all’opera appena ritrovate di Vitrivio (I sec. A.C.), fornisce impulso ed interesse all’architettura e all’urbanistica nei riguardi delle condizioni climatiche e specialmente del vento.
- L. da Vinci (1425-1529) realizza il primo strumento per la misura del vento e scrive il primo trattato di meccanica dei fluidi: “del moto e misura dell’acqua”
- A partire dal 1573 le città spagnole in Sud e in Centro America sono soggette a leggi urbanistiche chiaramente ispirate all’azione del vento delle quali Buenos Aires è l’esempio tipico.
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1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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Ferdinando II de’ Medici, Granduca di Toscana, insieme al fratello Leopoldo fonda l’Accademia del Cimento nella quale riunisce sotto il motto “Provando e riprovando”, gli uomini più dotti d’Italia e di altri paesi, inclusi G. Galilei ed E.Torricelli
In quegli anni:
• Galilei inventa il termoscopio (la prima rudimentale versione del termomero);
• Torricelli inventa il baromero (1643);
• Ferdinando II stesso inventa l’igrometro e fonda la prima Organizzazione Meteorologica Internazionale;
• si realizzano i primi tentativi di correlare il mutamento del tempo al cambiamento di pressione atmosferica;
• Hooke costruisce nel 1667 il primo anemometro a pendolo;
• Pascal (1623-62) dà grande impulso alla misura della variazione di pressione
• Pitot realizza il celebre omonimo tubo
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. Robinson costruisce nel 1846 il primo anemometro a coppe;
. Dini tra il 1888 e il 1889 getta le base della grande evoluzione strumentale che
avrà luogo nel XX secolo, incorporando nel tubo di Pitot un congegno per la
registrazione continua della velocità e della direzione del vento;
Newton (1642-1727) è ritenuto il fondatore della moderna meccanica dei fluidi, attraverso la sua legge delle tre proporzioni: “la forza esercitata su un corpo immerso in un fluido è proporzionale all’area investita, al quadrato della velocità e alla densità del fluido”
Sulle orme di Newton, risultati importanti sono ottenuti da: Bernoulli, D’Alembert, Eulero, Venturi, Navier, Cauchy, Poisson, Stokes, De Saint-Venant, Poiseville, Von Helmoltz, Lord Kelvin
1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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- Evoluzione strumentale, crescita della meccanica dei fluidi >>>
>>> grande sviluppo della meteorologia;
- dal trattato di Halley (1686): l’origine dei venti sta “nell’azione dei raggi del sole sull’aria e sull’acqua durante il suo quotidiano passaggio sugli oceani”;
- prima metà dell’800: accesa polemica fra Redfield e Espy (due meteorologi americani) sull’origine delle tempeste di vento, il primo formula una teoria rivoluzionaria: “le tempeste di vento che colpiscono la costa americana sono in realtà grandi vortici rotanti, in senso antiorario, intorno a una zona di calma”; il secondo invece asserisce che: “le tempeste hanno origine allorché l’aria umida, riscaldata dal calore della superficie terrestre, si innalza come stesse salendo per un camino”
1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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Nel XIX secolo l’ingegneria si trova a doversi confrontare con problemi di interazione fluido-struttura, dovuti all’avvento di strutture sorrette da cavi, particolarmente sensibili all’azione del vento.
Alcuni esempi di ponti sospesi:
. Redgrath e Brown nel 1817 realizzano il King’s Meadows Bridge (L=33.6m)
. Smith nel 1817 realizza il Dryburgh Abbey (L=79.3m) (crolla nel 1818)
. Telford fra il 1819 e il 1824 realizza il ponte sullo stretto di Menai (L=174 m), che crolla nel 1824
. Seguin nel 1824 realizza il ponte ferroviario di Tournon sul Rodano
. Brunel nel 1829 realizza il ponte sull’Avon presso Clifton (L=214)m
Malauguratamente tutte queste opere avevano come denominatore comune l’imponenza e la pesantezza delle torri da un lato e dall’altro, la straordinaria deformabilità e leggerezza degl’impalcati, del tutto inadeguati alle forze orizzontali
>>> conseguenze oltremodo “funeste”
1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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Brighton Chain in Pier (crollato 2 volte a causa di un eccessivo moto oscillatorio, 1833 e 1836)
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T. Bouch, Tay Bridge (crollato il 28 dicembre 1879)
Bouch/Baker/Fowler, Forth Bridge, 1600 m, 1883-89
Niagara Railway Bridge, 1855
(L=280m)
1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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Roebling, Ponte sull’Ohio (1867)
322 m
Roebling, Ponte di Brooklyn
(1869) 284-486-286 m
1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800
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1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900
+39 055 4796596
- fine dell’800 - metà del ‘900: avvento delle gallerie del vento, introdotte per la prima volta da: Wenham (1874, Aer. Soc., Inghilterra), Irminger (1893, Danimarca: studi sulla spinta sulle ali)
- Seguendo l’esempio di Irminger, in ogni parte del mondo furono costruite nuove gallerie del vento (Le Cour, Ascot, Tsiokolski, Mosca, Stanton, NPL Teddington), da Prandtl (1909, Goettingen), Eiffel (1909, Parigi) fino alle gallerie “a strato limite” di Bayley (1958), Cermak (1965), Davenport (1967)
- Nel 1930 Bailey mette in luce l’inadeguatezza della sperimentazione condotta su modelli di strutture, eseguita sulle gallerie del vento costruite seguendo il modello di quella di Irminger.
- E’ Bailey stesso ad intuire che la ragione dell’ inadeguatezza dipende dal tipo flusso (laminare uniforme) che queste gallerie producono.
- Nel 1958 Jensen pubblica la fondamentale “Model – law : the correct model test for phenomena in the wind must be carried out in a turbolent boundary layer and the model-law requires that this boundary layer be to scale as regards to velocity profile”.
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- modelli in scala ridotta e sperimentazione full-scale: sviluppo soprattutto dopo la costruzione della Torre Eiffel, sulla quale lo stesso progettista potè misurate la velocità del vento a 300 m di altezza e gli spostamenti in sommità
- Contemporaneamente allo studio degli edifici alti, si iniziano a realizzare modelli al secondo ordine ad opera di Melan per lo studio dei ponti sospesi.
- Applicando questa teoria viene realizzato da Amman il George Washington Bridge (L=1066 m), estremamente pesante e stabile;
- 1933-36: Moisseiff costruisce il San Francisco-Oakland Bay Bridge (L=704m)
- 1933-37: Strauss realizza il Golden Gate Bridge (L=1280m)
- Il crollo del ponte di Tacoma, avvenuto nel 1940, dà la svolta storica nell’ingegneria del vento, con il proliferare di studi riguardanti la aerolastica
1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900
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Torre Eiffel (1887-89) 300m Empire State Building
(1931) 381 m
George Washington Bridge (1931) 1066 m
1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900
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Mentre l’ingegneria del vento riceve stimoli importanti dalla realizzazione dei grattacieli e dai ponti sospesi, la meccanica dei fluidi raggiunge la piena maturazione:
Reynolds ,1883: “An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous and of the law of resistance in parallel channels”
Prandtl, nel 1904, formula il concetto di strato limite
Grazie a V. Bjerknes nasce la meteorologia moderna
Bjerknes e Sorberg pubblicano la teoria ciclogenetica (1919-22)
Nasce la Micrometeorologia con Taylor (teoria statistica della turbolenza, concetto di scala integrale e di densità spettrale, 1915-45)
primi processi di sintesi delle varie discipline: “Aerodynamics and the Civil Engineer”, (Pagon, 1935), “Aerodynamics and the Art of the Engineer” (Von Karman, 1950)
1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900
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Moisseif, S. Francisco – Oakland bay Bridge 704 m (1933-36)
Strauss, Golden Gate Bridge, 1280 m (1933-37)
1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900
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1. Sviluppi storici: dalla metà del ‘900 ai giorni nostri
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- Nella seconda metà del ‘900, la meteorologia, la microclimatologia, l’aerodinamica, la meccanica dei fluidi e la meccanica delle strutture sono discipline scientificamente mature ancorché indipendenti
- A .G. Davenport pubblicando nel 1961: “The application of statistical concepts to the wind loading of structures”, innesca il processo di sintesi da cui trae origine la moderna “ingegneria del vento”
- Grazie ai satelliti e ai radar, avviene per la prima volta il così detto monitoraggio remoto, consistente nella misurazione di parametri dai quali è ricavata la velocità del vento; anche la conoscenza dei fenomeni eolici a media e a piccola scala ne trae enorme vantaggio
- Nel 1961 J.F. Kennedy vara un programma di previsione del tempo (ONU, WMO, Int. Council Scient. Unions >>> rete meteorologica internazionale)
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- Fondamentale in chiave ingegneristica è l’articolo del 1963 di Davenport: “The relationship of wind structure to wind loading”, il quale basandosi sull’evidenza dello “spectral gap”, permette di scomporre la velocità istantanea del vento come somma di una componente media e una fluttuazione a media nulla
- La grande novità degli ultimi anni viene dal Giappone ed è costituita dall’uso dei super-computer. Le equazioni di Navier-Stokes vengono trasformate, mediante la tecnica delle differenze finite, in un sistema di equazioni algebriche, la cui soluzione offre il campo di moto e delle forze sulle superfici investite
1. Sviluppi storici: dalla metà del ‘900 ai giorni nostri
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Intorno agli anni 60, grazie all’evoluzione dei grattacieli l’ingegneria si trova di fronte a due nuovi importanti problemi:
1. l’impatto dei picchi di pressione sui serramenti di facciata;
2. la tollerabilità fisiologica degli occupanti all’atto di moto;
John Hancock Tower di Boston. 273 m
In seguito ad una bufera di vento avvenuta nel 1968 andarono un
frantumi 5000 vetrate
John Hancock Center di Chicago (H=273m).
Poco dopo il suo completamento, esso manifestava vibrazioni
fisiologicamente intollerabili
1. Sviluppi storici: dalla metà del ‘900 ai giorni nostri
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Nel seguito, dal punto di vista teorico:
. Scanlan e Sabzevary nel 1967 propongono il metodo delle derivate aerodinamiche;
. Scanlan, Beliveau e Budlong sviluppano la tecnica delle funzioni indiciali;
. Davenport tra il 1977 e il 1978 propone il primo modello completo per il calcolo aerolastico della risposta dei ponti;
Si studiano fenomeni nuovi quali il Lock-in, il galloping, e … MOLTISSIMI ALTRI CONTRIBUTI importanti
Negli ultimi decenni cresce la consapevolezza che il vento rappresenta il fenomeno naturale che produce nel mondo il maggior numero di danni economici e il più elevato numero di morti e si sviluppano gli studi di “azzardo”, di “vulnerabilità” e “rischio” in ottica eolica.
1. Sviluppi storici: dalla metà del ‘900 ai giorni nostri
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La rilevanza socio- economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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- Si stimano 15 Milioni di feriti negli ultimi 1000 anni in almeno 100 000 di catastrofi naturali (siccità & carestie escluse)
- Rapido incremento del numero delle naturali catastrofi e delle relative perdite (a causa dell’alta concentrazione di persone e di beni)
- Graduale declinare del numero di casualità (dovuto al miglioramento dei sistemi di allerta al pericolo e per le migliorate tecniche di protezione)
- Le perdite economiche dovute a rischi naturali:
Sisma: 35% Alluvioni: 30% Tempeste di vento:28%
- Percentuale sul totale assicurazione reclamato a causa delle catastrofi naurali:
Tempeste di vento: 70% Sisma: 18% Alluvioni: 6% Altro: 6%
-Principali cause in termini di attrezzature:
Sisma: 47% Tempeste di vento:45% Alluvione: 7%
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- Le tempeste di vento hanno, in questi ultimi anni, prodotto enormi perdite umane ed economiche: nel Dicembre 1999 due tempeste, Lothar e Martin, hanno causato la morte di oltre 100 persone in Europa e un eventi)
- danno economico complessivo di circa 14 bilioni di €.
- quali sono le cause principali dell’incremento di queste queste drammatiche perdite?
1. La migrazione delle popolazioni verso zone ad alto rischi di vento
2. Cambiamento delle condizioni ambientali
Berz G., Rauch E. (1998), WTG Colloquium, Braunschweig
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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ALTRE CAUSE STRUTTURALI:
- Troppi alloggi inadeguati ancor esistenti, i quali hanno una VULNERABILITA’ troppo alta
- Moderni edifici & strutture leggere stanno diventando più VULNERABILI
- Una corretta identificazione del carico vento nelle regole di progettazione, non è stato ancora completamente identificato per molte situazioni “critiche” Y ricerca sulle normative
- Mancanza rigorose contromisure (radicali restrizioni sull’uso del territorio; prevenzione delle perdite secondarie; migliorare i sistemi di emergenza e previsione delle tempeste di vento; riduzione dei gas serra, mancanza di ricerca finalizzata (sia in quantità e in qualità)
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Ventohttp://windlab.ing.unifi.it tel. +39 0574 27254
Decade1960-1969
Decade1970-1979
Decade1980-1989
Decade 1987-1996
Factor80s/60s
Factor90s/60s
No. of events 8 14 31 25 3.9 3.3
Socio-economic losses
26.6 39.5 45.9 115.5 1.7 4.3
Insured losses 6.2 9.7 21.2 68.9 3.4 11.1
(Values are expressed in billions US Dollars, price level 1996)
No. Of events
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5
10
15
20
1956/57 60/61 64/65 68/69 72/73 76/77 80/81 84/85 88/89 92/93 1996/97
No. of hurricane-kind depressions over North Atlantic (lower than 950 hPa, Nov.-March) 1956/57 - 1996/97
+39 055 4796596
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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Velocità raggiunte da Lothar il 26/12/1999
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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ANATOL: 3/12/1999
• Regioni principalmente colpite: Danimarca, Germania, Gran Bretagna, Svezia, Lituania, Lettonia, Russia, Polonia;
• Perdite socio-economiche: 2,5 miliardi €
• Solo danno assicurato: 600 000 €
• Principali danni: coperture, facciate, veicoli, navi, strutture temporanee (impalcature, …)
• Infrastrutture: 165 000 case senza approvvigionamento di corrente elettrica (il maggior danno avvenuto alle linee elettriche pensili in Danimarca & Svezia)
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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LOTHAR: 26/12/1999
• Regioni principalmente colpite: Francia, Germania, Svizzera, Belgio, Austria, Italia;
• Perdite socio-economiche: 11miliardi €
• Solo danno assicurato: 2,4 miliardi €
• Principali danni: coperture, strutture temporanee, gru, linee elettriche sospese, foreste;
• Infrastrutture: 4 milioni di famiglie senza rifornimenti per alcune settimane (Sud-Ovest Francia); EDF denuncia (non assicurati) la perdita di alcuni bilioni di € (linee elettriche & centrali elettriche) trasporti pubblici interrotti per alcune giorni (Parigi); aeroporti chiusi; segnali telefonici disturbati per alcuni giorni.
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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MARTIN: 27/12/1999
• Regioni principalmente colpite: Francia, Spagna, Italia e Svizzera;
• Perdite socio-economiche: 4 miliardi €
• Solo danno assicurato: 1 miliardo €
• Principali danni: coperture, strutture temporanee, gru, linee elettriche sospese, foreste;
• Infrastrutture: Edifici storici (castelli, abbazie).
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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Schizzo del crollo del ⇑ ⇒
Chain Pier Bridge a Brighton
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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Contromisure per mitigare la vulnerabilità eolica• adeguata stima della velocità del vento di progetto, prendendo come base di calcolo (velocità mediata su 10 minuto, con 2% di eccedenza annuale, ovvero un periodo di ritorno di 50 anni);rugosità superficiale
• Perdite socio-economiche: 4 miliardi €
• Solo danno assicurato: 1 miliardo €
• Principali danni: coperture, strutture temporanee, gru, linee elettriche sospese, foreste;
• Infrastrutture: Edifici storici (castelli, abbazie).
2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento
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“Wind Engineering stands for the rational treatment of interactions between wind, in the atmospheric boundary layer,
and man and his works on the surface of Earth”J. Cermak, 1975
“…disciplina intersettoriale che nasce dalla sintesi di svariate materie quali la matematica probabilistica e dei fenomeni
aleatori, la fisica dell’atmosfera, la meccanica dei fluidi e dei solidi, la meteorologia, l’aerodinamica, l’ingegneria strutturale,
ambientale e meccanica, l’energetica, la fisiologia e la psicologia” (G. Solari, 1990)
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L’ingegneria del vento oggi(nell’attività del CRIACIV)
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Università di Perugia
Università IUAV di Venezia
Università di Chieti-Pescara
“G. D’Annunzio”
Università di Trieste
Università di Firenze
Università di Roma “La Sapienza”
3. L’ingegneria del vento oggi
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LE PRINCIPALI ATTIVITA’
• RICERCA NAZIONALE, EUROPEA / INTER-NAZIONALE
• PRESTAZIONI DI RICERCA PER CONTO TERZI (CONSULENZE, CONVENZIONI E CONTRATTI)
• ALTA FORMAZIONE
• RICERCA PRENORMATIVA
3. L’ingegneria del vento oggi
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3. L’ingegneria del vento oggi
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Caratteristiche geometriche della galleriasoluzione adottata
Imbocco (+Honeycomb)ContrazioneZona sviluppo s. limiteGiunto elasticoZona raccordo sezioneGruppo propulsoreGiunto elasticoZona raccordo sezioneDiffusore di estremitàDiffusore di estremitàTavola rotante
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3. L’ingegneria del vento oggi
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ATTIVITA’ DI RICERCA INTERNAZIONALE
3. L’ingegneria del vento oggi
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• Prog. BEATRICE (1993-96): scambio di giovani ricercatori post-doct. (ca 20), numerose attività congiunte di ricerca, organizzazione di 3 Euroconferences, ca. 30 pubblicazioni congiunte su riviste intern.li
• Azione COST C14 (1999-2004): 16 paesi, ca. 60 ricercatori, 2 conferenze generali, sessioni speciali in Convegni Internazionali
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MISURE IN GALLERIA DEL VENTO SULLA DISTRIBUZIONEDI PRESSIONI SULLA COPERTURA DEL MERCATO CENTRALE DI
“SAN LORENZO” IN FIRENZE
Periodo 1994
Committente Comune di Firenze
Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla copertura
Test eseguitiInvestigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con 64 prese di pressione
3. L’ingegneria del vento oggi
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Valori di progetto misurati in galleria del vento
Valori di progetto secondo EC1
3. L’ingegneria del vento oggi
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Scala del modello: 1:300
3. L’ingegneria del vento oggi
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Valori dei Cp misurati ingalleria del vento
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- 1
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- 0 . 4
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0 . 2
0 . 4
0 . 6
PADIGLIONE
CILINDRICA
Eurocodice
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ANALISI DELLA DISTRIBUZIONE DELLE PRESSIONISULLE TORRI DI RAFFREDDAMENTO DELLA CENTRALE
ENEL DI “SANTA BARBARA”
Periodo 1996
Committente ENEL - CRIS
Obiettivi della ricerca
Determinazione delle azioni dinamiche del vento sulle due torri di raffreddamento: analisi dell’interferenza
Test eseguitiInvestigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con 64 prese di pressione
3. L’ingegneria del vento oggi
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IL modello è stato realizzato in alluminio con tecnica CAD-CAM ed equipaggiato con 50 prese di pressione
Scala del modello: 1:300
3. L’ingegneria del vento oggi
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Valori dei Cp misurati per alcuni livelli
livello C
1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.000 50 100 150 200 250 300 350
livello Dlivello E
angle θ [°]
Cp,mean
Da Niemann (1980) - K=1.3
Da Niemann (1980) - K=1.2
z/H=0.95
z/H=0.85
z/H=0.75
z/H=0.50
z/H=0.25A
B
CCDD
EE
+1.5
+1.0
+0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
330°
150°
120°
270°
90°
240°
60°
210°
30°
180° 0°
300°
EE
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270°
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240°
60°
210°
30°
180° 0°
300°
CC
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0.0
-0.5
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120°
270°
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240°
60°
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30°
180° 0°
300°
AA
3. L’ingegneria del vento oggi
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Analisi sperimentale della risposta aeroelastica su un modello sezionedell’impalcato del ponte Rio Higuamo, Repubblica Dominicana
Periodo 2000
Committente Fortunato Federici S.p.a.
Obiettivi della ricerca Determinazione dei coefficienti aerodinamici
Test eseguiti Prove di carattere aeroelastico e statico
3. L’ingegneria del vento oggi
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3. L’ingegneria del vento oggi
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Coefficienti di resistenza, portanza e momento misurati
sull’impalcato
3. L’ingegneria del vento oggi
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Prove sperimentali in galleria del ventoed azioni dinamiche di progetto
sulla nuova copertura dello stadio “delle Alpi” di Torino(Juventus F.C. Torino)
Periodo Giugno – Settembre 2004
Committente F.C. Juventus
Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla nuova copertura
Test eseguiti
Investigate 16 direzioni di vento – modello equipaggiato con 256 prese di pressione –analizzate due configurazioni: con e senza la vecchia copertura
3. L’ingegneria del vento oggi
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VISTA
DEL
MODELLO
SENZA
VISTA
DEL
MODELLO
CON
256
PRESE
DI
PRESSIONE
3. L’ingegneria del vento oggi
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Schermatura quasi totale della vecchia copertura valori quasi sempre positivi
Effetto “imbuto” creato dalla vecchia copertura per gli angoli prossimi a 0° e 180° lieve incanalamento fra le due coperture
Massimi valori medi maggiori (in valore assoluto) per la struttura senza la vecchia copertura
senza con
3. L’ingegneria del vento oggi
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OLYMPIC SOCCER STADIUM IN PIRAEUS GREECE BOUNDARY-LAYER-WIND-TUNNEL TESTS
ON THE WIND INDUCED PRESSURES
Periodo Settembre – Dicembre 2003
Committente Studio Tecnico MAJOWIECKI
Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla nuova copertura
Test eseguiti
Investigate 16 direzioni di vento – modello equipaggiato con 256 prese di pressione –Profilo di vento “tipo mare”
3. L’ingegneria del vento oggi
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256
PRESE
DI
PRESSIONE
3. L’ingegneria del vento oggi
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14 16 18 20 22 24 260
10
20
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40
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70
80
90Approssimazione profilo medio anem. monofilo alfa: 0.170 - alt. rugosità:0.055 -elab. su 14 punti
quot
e [c
m]
[m/sec]
approx esponenzialeapprox logaritmica
Profilo medio di vento
Variazione dei Cp per le varie direzioni di incidenza del vento
Intensità di turbolenza
3. L’ingegneria del vento oggi
+39 055 4796596
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
+39 055 4796596
Perché si ricorre a test in galleria del vento?La modellistica in scala in galleria del vento permette, a bassi costi, sia le analisi di impatto ambientale che lo studio, lo sviluppo ed i tests di nuovi modelli e codici di calcolo sviluppati per simulare la dispersione in atmosfera di inquinanti allo stato gassoso
Cosa è possibile simulare?Tramite opportune regole di scalatura è possibile simulare:
•Orografie complesse (spesso troppo complesse per codici di calcolo);
•Interazione di più pennacchi emessi simultaneamente;
•Sorgenti di emissione areale (ex. discariche)
•Effetti di edifici e costruzioni che si ergono nelle vicinanze dei camini;
•Effetti della stabilità atmosferica se la galleria ha opportune capacità di stratificazione termica.
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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Periodo 1998Committente ---------------
Obiettivi della ricerca
Valutazione delle concentrazione delle emissioni prodotte dai due camini dell’impianto
Test eseguiti
Investigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con sonde per l’analisi della concentrazione (FID)
VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI AL SUOLO DA SISTEMA DI INCENERIMENTO DI RSU MEDIANTE
STUDIO APPLICATIVO IN GALLERIA DEL VENTO
“L’inceneritore di Ca’ del Bue” (VERONA)
3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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Modello in scala 1:400
camini
3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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02468
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CU
refH
2 /Q
Exp.RURALURBANADMS2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000X (m)
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000X distance (m)
URBAN
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0100200
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stna
ce (m
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2.6
Simulazioni con ADMS2
Risultati sperimentali
X=640m
3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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WIND TUNNEL TESTS ON COOLING TOWERS
Periodo 1999Committente ESSCO – New York
Obiettivi della ricerca
Ottimizzazione di una barriera per limitare la ricaduta di vapore su una autostrada limitrofa
Test eseguiti
Investigate 3 direzioni di vento modello equipaggiato con sonde per l’analisi della concentrazione
3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
Torri di raffreddamento
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No barrierBarrier 1Barrier 2Barrier 3
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-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100Position Y (m)
Adi
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ntra
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No barrierBarrier 1Barrier 2Barrier 3
3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
VALUTAZIONE DELLA DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTIEMESSI DA UN MODELLO DI DISCARICA IN
OROGRAFIA COMPLESSA
Periodo In corsoCommittente Ricerca
Obiettivi della ricerca Analisi delle emissioni da sorgente areale
Test eseguiti
Analisi della concentrazione tramite FID in varie configurazioni: approfondimenti tramite PIV in orografia complessa
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
A valle della discarica è stata posizionatauna
collina
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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti
Mappe di concentrazione orizzontali e verticali (center line)
+39 055 4796596
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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi
+39 055 4796596
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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi
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Il modello rappresenta le sezioni passanti per gli assi principali del modelloPossibilità di variare la distanza fra le tribunePossibilità di studiare la configurazione “con” e “senza” vecchia copertura
Wind
Sorgente laser532 nm – 220mJ
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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi
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MAPPE MEDIE DI VELOCITA’
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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi
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STREAMLINES
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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi
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0 8 142 4 6 10 12
valori percentuali riferiti a Vref = 3.64 m/s
MAPPE MEDIE DI ISOVELOCITA’ PERCENTUALE
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
TRACCIANTI NELL’OLIO
MODELLO
OLIO SUL SUOLO
FOTOCAMERA
ACQUISIZIONE DIGITALEIMMAGINI
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
TRACCIANTI NEL FLUSSO
• generatore commerciale di fumo• tecnica del filo a fumo
MODELLO ILLUMINAZIONE
PIANOILLUMINATO
TELECAMERACCD monocromatica
500 x 582 pxls
ACQUISIZIONE DIGITALEIMMAGINI
V T R
• tecnica della lama di luce
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
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Caratteristiche principali del Modello :
1. Modello rigido2. Scala 1:300
3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
La superficie viene ricoperta con una miscela di olio e pigmento (biossido di titanio)
Velocità di soglia per il superamento delle forze di attrito statico
La configurazione visualizzata è un inviluppo delle linee di flusso al suolo
Consente l’individuazione delle zone di ricircolazione e di distacco della vena fluida
Direzione di Vento
Area investigata con la PIV
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
Campo di MotoMappa di Velocità ScalareLinee di Flusso
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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso
-4
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0
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140
160Velocità Mediadel Vento (m/s)
Grado diDiscomfort
5 Soglia diDiscomfort
10 Fastidio
20 Pericolo
Scala di Discomfort di Penwarden e Wise, 1975
+39 055 4796596
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3. L’ingegneria del vento oggi: effetti climatici combinati
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Interazione vento - neve Interazione vento - pioggia
Interazione vento - sabbia Interazione vento - ghiaccio
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3. L’ingegneria del vento oggi: effetti climatici combinati
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Tre grandi opere
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4. Tre grandi opere: Stadio Olimpico
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4. Tre grandi opere: Stadio Olimpico
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1° forma modale 2° forma modale
3° forma modale Risposta dinamica
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4. Tre grandi opere: il viadotto di Millau
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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau
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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau
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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau
+39 055 4796596
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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau
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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau, modello in galleria del vento
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4. Tre grandi strutture: Ponte sullo stretto di Messina
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4. Tre grandi strutture: Ponte sullo stretto di Messina
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Conclusioni e prospettive
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ALTA FORMAZIONE
LE ATTIVITA’ DEL CRIACIV NELL’ALTA FORMAZIONE- STAGES E TIROCINI PER STUDENTI / LAUREANDI / DOTTORANDI, ANCHE NELL’AMBITO DEI PROGRAMMI DI MOBILITA’ EUROPEA ED INTERNAZIONALE (LEONARDO, TEMPUS, SOCRATES)
- FORMAZIONE ALLA RICERCA POST-DOTTORATO, ANCHE NELL’AMBITO DEI PROGRAMMI QUADRO DELL’UE
- ATTIVAZIONE / COORDINAMENTO DI UN CORSO DI DOTTORATOINTERNAZIONALE IN “GESTIONE DEL RISCHIO NELL’AMBIENTECOSTRUITO”
5. Conclusioni e prospettive
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CONTRIBUTI ALLA RICERCA PRENORMATIVA
GLI IMPEGNI E I CONTRIBUTI DEL CRIACIV ALLA
- REVISIONE DELLA NORMATIVA NAZIONALE SULLE “AZIONI SULLE COSTRUZIONI”
- REVISIONE DELL’EUROCODICE 1
5. Conclusioni e prospettive
+39 055 4796596
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Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Ventohttp://windlab.ing.unifi.it tel. +39 0574 27254
PROSPETTIVE FUTURE
• CONSOLIDAMENTO & STRUTTURAZIONE:
- INCREMENTO E SPECIALIZZAZIONE DELLE ATTREZZATURE- SVILUPPO DEL PERSONALE- NUOVA CONVENZIONE QUADRO UNIVERSITA’ DI FIRENZE/CRIACIV/PIN
• RICERCA INNOVAZIONE E PROMOZIONE / SVILUPPO:
- PROMOZIONE DI ATTIVITA’ DI RICERCA, CONVENZIONI/CONTRATTI, ATTIVITA’ PER CONTO TERZI, ANCHE PRESSO LE SEDI CONSORZIATE NEL CENTRO
- INTENSIFICARE/DIVERSIFICARE LA PARTECIPAZIONE AI PROGETTIDI RICERCA ITALIANI/EUROPEE
- COORDINAMENTO/ASSOCIAZIONE CON ALTRI LABORATORI (ITALIANI ED EUROPEI)
5. Conclusioni e prospettive
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PROSPETTIVE FUTURE
• ALTA FORMAZIONE, L.L.L. E DISSEMINAZIONE:
- PROMOZIONE PARTECIPAZIONE A CORSI DI PERFEZIONAMENTO POST-LAUREA, QUALI CORSI DI AGGIORNAMENTO PE ORGANISMI PROFESSIONALI, CORSI DI MASTER DI II LIVELLO, CORSI DI DOTTORATO
- CONTINUAZIONE DELLE GIORNATE DI STUDIO SULL’UTILIZZO DELLAGALLERIA DEL VENTO” (GIORNATE CRIACIV), CON PERIODICITA’ALMENO BIENNALE
- REDAZIONE DI MATERIALE INFORMATIVO BROCHURE A SCHEDE, BOLLETINO INFORMATIVO ELETTRONICO (CRIACIV NEWS) ED ALTRO
• IL CRIACIV COME CENTRO DI ECCELLENZA IN “AERODINAMICA DELLECOSTRUZIONI E DELL’AMBIENTE URBANO”
5. Conclusioni e prospettive
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE !
CRIACIV:http://windlab.ing.unifi.ittel. 055 4796 596fax 055 4796 230
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Presentazione realizzata con la cortese collaborazione degli Ingg.
D. Briganti e L. Procino