Dottorato di Ricerca Nazionale in "Difesa dai rischi naturali e transizione ecologica del costruito / Defense against natural risks and ecological transition of built environment"
Dottorato di Ricerca Nazionale in Difesa dai rischi naturali e transizione ecologica del costruito / Defense against natural risks and ecological transition of built environment.
Coordinatore responsabile Prof. Massimo Cuomo
Descrizione e obiettivi del corso
Il dottorato ha come obiettivo formare esperti e ricercatori in grado di affrontare le problematiche poste dalla prevenzione e gestione degli effetti di eventi naturali pericolosi promuovendo soluzioni innovative e efficienti.
L’obiettivo sarà perseguito fornendo ai dottorandi una formazione di base sull’analisi dei rischi naturali, che include anche elementi di modellazione di scenari e di analisi decisionale multicriteriale. La formazione avanzata è invece garantita dalla strutturazione in curricula del dottorato, che fornirà le competenze specifiche nel settore di interesse dell’allievo. In quest’ambito saranno anche affrontati gli effetti delle trasformazioni climatiche sull’ambiente antropico, quali alluvioni, azioni eccezionali da vento ecc. .
I dottorandi dovranno essere in grado di stimare e prevenire gli effetti dei rischi naturali su manufatti e sistemi territoriali, includendo in special modo problematiche legate alle nuove infrastrutture di servizio, quali i sistemi di comunicazione dati, antenne, ecc,per i quali si è solo da poco iniziato a valutare l’esposizione ai rischi naturali. I contenuti del dottorato riguardano anche i sistemi integrati di monitoraggio di infrastrutture e sistemi territoriali, basati su sensoristica terrestre, rilievo aereo e dati satellitari.
Il dottorato si propone di unificare e raccogliere l’eredità di precedenti esperienze di dottorato di ricerca incentrate sul tema della valutazione e mitigazione del rischio urbano e territoriale, superandone i limiti legati alle dimensioni ridotte che impedivano una formazione adeguata e trasversale degli allievi.
Uno degli obiettivi del corso è di fornire agli allievi una formazione avanzata nello sviluppo di tecniche e sistemi di prevenzione e protezione che rispettino i principi della sostenibilità e dell’economia circolare. A tale scopo nei curricula sono esplicitamente previste tematiche relative a nuovi materiali sostenibili e allo sviluppo di metodologie che possano integrare la protezione del manufatto con l’efficientamento energetico e con altri obiettivi legati alla sostenibilità ambientale.
Un’attenzione particolare è dedicata alla protezione del patrimonio culturale dai rischi naturali. Questo include la protezione sia di edifici monumentali, sia di ambiti territoriali di interesse archeologico, storico o paesaggistico, sia la salvaguardia di centri e manufatti storici caratterizzanti il tessuto culturale di una regione. Il raggiungimento di questo obiettivo richiede un approccio integrato che coniughi lo studio dei rischi a livello territoriale, la valutazione della vulnerabilità del bene agli effetti degli eventi pericolosi e la progettazione di interventi che tengano conto della specificità del manufatto storico. Si pensi per esempio alla protezione di parchi archeologici da rischi di inondazione o da frane che si intrecciano con gli interventi da effettuare sui manufatti soggetti a rischio sismico. Interessanti proposte innovative di intervento sono state avanzate in varie realtà a livello internazionale.
Allo scopo di affrontare i problemi indicati il dottorato dovrà necessariamente avere una forte apertura internazionale. Ciò sarà realizzato sia a livello di didattica e di ricerca coinvolgendo istituzioni straniere di elevatissima qualificazione, sia estendendo l’offerta formativa a candidati provenienti dall’estero. L’attrattività del dottorato sarà uno degli indicatori significativi per misurarne il successo.
Sbocchi occupazionali e professionali previsti
Il dottorato di ricerca intende formare tecnici e personale dirigente di alta qualificazione da destinare alle agenzie territoriali, agli enti pubblici, agli istituti di studio e controllo dei rischi ambientali, oltre che ad enti di ricerca. In tal modo si intende rispondere alla richiesta di alta formazione contenuta nel PNRR, volta a sviluppare metodi di conoscenza e soluzioni innovative per migliorare le azioni previste dal piano nei riguardi della difesa del territorio e del costruito dai rischi associati alle azioni naturali e a quelle derivanti dai cambi climatici
In particolare gli sbocchi occupazionali probabili per i dottorandi sono:
- pubblica amministrazione: Ministero dell’Ambiente, Dipartimento di Protezione Civile, Uffici regionali di protezione civile, Uffici regionali di tutela ambientale, Agenzie regionali per la protezione dell’ambiente, Autorità di distretto, Uffici tecnici comunali; Enti di bacino, Autorità portuali, …
- centri di ricerca: ISPRA,ENEA, CIMA, INGV, CNR, CMCC;
- strutture sovranazionali: JRC ,UNISDR,DRMK CENTRE;
- strutture private: società di ingegneria, società di consulenza ambientale, studi professionali, aziende produttrici di beni e servizi in materia di rischi naturali, aziende produttrici di materiali innovativi ecosostenibili,
Articolazione didattica del corso di dottorato di ricerca
Il dottorato è articolato in 4 curricula
PROTECTION OF THE BUILT ENVIRONMENT FROM NATURAL HAZARDS
Il curriculum concerne lo sviluppo di approcci per incrementare l’operatività e la resistenza degli edifici nei confronti dei pericoli naturali; in particolare il pericolo sismico, quello legato al vento, quello derivante da eruzioni vulcaniche, nonché i pericoli legati ai rapidi cambiamenti climatici. La rigenerazione dell’edificio segue un approccio olistico che prevede recupero e rinforzo non solo strutturale ma anche funzionale ed energetico. Lo studio della pericolosità sismica tiene conto di sorgenti sismogenetiche individuali, delle potenziali interazioni tra le strutture tettoniche e con i vulcani e degli effetti locali dei suoli, che possono generare fenomeni di instabilità quali frane, sprofondamenti, liquefazione. Per l’azione del vento, sono centrali gli eventi meteorologici estremi che si verificano con una frequenza di accadimento sempre maggiore. La valutazione della sicurezza degli edifici viene effettuata con strumenti di meccanica computazionale nonlineare affiancati da monitoraggio strutturale per una più precisa identificazione delle caratteristiche meccaniche delle strutture. La modellazione include non solo l’edificio ma anche un volume significativo di suolo per la descrizione di effetti di interazione dinamica suolo-fondazione-struttura, che può essere fatta a livello di singolo edificio o su scala urbana. Sotto l’azione del vento, va studiata l'operatività del costruito in particolare per i sistemi portuali e aeroportuali, per i quali le azioni indotte da venti estremi sono dominanti nella gestione dell'attività lavorativa. Gli interventi vanno dai rinforzi dei singoli elementi strutturali all’isolamento sismico, al consolidamento dei terreni, all’aggiunta di sistemi strutturali nuovi e a tecniche innovative per la schermatura dell’insieme suolo-struttura. Oltre ai metodi numerici verranno sfruttati i laboratori di prove sperimentali presenti in diverse sedi afferenti al dottorato o in sedi straniere.
INFRASTRUCTURE RISK AND PROTECTION
Parole chiave: Protezione di infrastrutture dalle azioni naturali e antropiche; Ponti e Viadotti; Linee elettriche aeree; Condotte sotterranee del gas; Sottostrutture e smart tunnel per l’erogazione dei servizi essenziali; sistemi di trasporto a fune; monitoraggio delle strutture; dinamica delle strutture; controllo passivo delle vibrazioni; materiali e dispositivi innovativi; interazione suolo-struttura; geotecnica sismica
Descrizione del curriculum: Il dottorando svolgerà attività di ricerca rivolta alla definizione di modelli matematici che descrivano il comportamento meccanico e il livello di rischio di infrastrutture civili, quali ponti, viadotti, linee elettriche, condotte sotterranee del gas, sotto-servizi e smart tunnel per la distribuzione delle utenze, sistemi di trasporto a fune, e che possano contemplare sistemi innovativi di protezione dalle azioni ambientali o antropiche. I modelli matematici saranno rigorosi, ma al tempo stesso semplici, maneggevoli, definibili in via parametrica, facilmente generalizzabili e suscettibili di graduali arricchimenti. Si terrà conto dell’interazione terreno-struttura, con speciale riferimento agli aspetti legati alla geotecnica sismica, mentre nell’ottica dei sistemi di protezione, si modelleranno e progetteranno dispositivi aggiunti, innovativi, dedicati al controllo passivo delle vibrazioni, anche attraverso l’impiego di materiali innovativi. La ricerca sarà rivolta anche alla definizione di sistemi avanzati di monitoraggio strutturale: nel caso specifico, attraverso i modelli strutturali, sarà possibile fornire indicazioni di anomaly detection legate ad una consapevolezza meccanica di possibili eventi di danneggiamento, causati dall’occorrenza di fenomeni naturali quali sisma, vento, usura, o antropici, quali traffico veicolare, sovraccarichi, impatti, esplosioni ecc.
HYDROGEOLOGICAL RISK AND COASTAL PROTECTION
Il curriculum copre le seguenti tematiche:
1) Individuazione e ottimizzazione di sistemi di protezione del patrimonio costruito e delle situazioni naturali (coste basse, falesie, delta fluviali, ecc.) con tecniche innovative e tecnologie sostenibili;
2) Analisi della stabilità dei pendii in materiali sciolti e dei costoni in roccia;
3) Monitoraggio in situ e da remoto del patrimonio naturale e dei manufatti in aree costiere ed aree urbane attraversate da fiumi;
4) Vulnerabilità delle coste da inondazioni marine e da erosione a breve e a lungo termine;
5) Vulnerabilità dei centri urbani alle piene fluviali anche a seguito di processi di dinamica d’alveo ed interazione tra le vegetazione con le strutture in alveo;
6) Miglioramento della durabilità del patrimonio costruito in aree costiero ed interne, gestione e tutela del patrimonio naturale;
7) Valutazione della vulnerabilità di manufatti in aree costiere ed urbane fluviali sotto eventi naturali estremi (terremoti, frane, alluvioni, mareggiate, piene fluviali etc…) attraverso modellazioni numeriche;
8) Tecniche e materiali innovativi per il recupero funzionale, la riduzione del rischio e la protezione di manufatti in aree costiere e urbane fluviali;
9) Riduzione del rischio indotto da cause naturali ed antropiche attraverso sistemi integrati di monitoraggio, rinforzo strutturale, strategie di adattamento ed interventi di rivalutazione costiera e urbane fluviali;
10) Utilizzo di tecniche decisionali per la scelta degli interventi;
11) Analisi di pericolosità in area vasta delle coste e dei bacini fluviali di vulnerabilità su larga scala del costruito nei centri costieri ed interni.
PROTECTION OF CULTURAL HERITAGE FROM NATURAL HAZARDS
Il curriculum copre le seguenti tematiche:
1)Valutazione della vulnerabilità sismica di monumenti storici in muratura attraverso metodi di analisi lineari e non-lineari
2)Modellazione e identificazione di modelli tridimensionali di edifici storici
3)Monitoraggio in situ e da remoto dello stato di salute di monumenti storici per la prevenzione dei danni sotto eventi eccezionali
4)Monitoraggio e strategie innovative (green) per l’efficientamento delle prestazioni energetiche degli edifici storici
5)Simulazione numerica del comportamento di edifici storici sotto eventi naturali estremi (terremoti, frane, alluvioni, uragani)
6)Strategie innovative di protezione passiva per la mitigazione del rischio da eventi naturali
7)Tecniche e materiali innovativi e sostenibili per il restauro architettonico, il recupero funzionale e l’adeguamento sismico di edifici storici
8)Prevenzione del rischio di danni ai beni culturali custoditi all’interno di edifici museali
9)Rilievo materico dei danni causati da eventi eccezionali e interventi preventivi per la protezione dei monumenti
Principali temi di ricerca
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