Franco Bontempi
My research considers all the themes related to Structural Engineering as Safety and Reliability, Performance-based Design, Computer Aided Structural Design, Identification and Optimization, Dynamics and Control, Nonlinear Analysis, Uncertainty Analysis. There is always a strong commitment toward real applications for reinforced concrete and steel constructions, bridges, tall buildings, special structures and innovative concepts, also under extreme and accidental situations.
Phone: tel. +39-06-44585.072
Address: School of Civil and Industrial Engineering,
Department of Structural and Geotechnical Engineering,
UNIVERSITY OF ROME "LA SAPIENZA",
Via Eudossiana 18 - 00184 Rome (ITALY)
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DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA
Department of Structural and Geotechnical Engineering
Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
DESIGN OF WIND-EXCITED CIVIL STRUCTURES:
PHENOMENOLOGICAL BASIS, PERFORMANCES ASSESSMENT, SOLUTIONS AND CASE STUDIES
What does the proper design of wind-excited civil structures need? What is the research practice in Wind Engineering today? How can we imagine tomorrow solutions for today open issues? The PhD course aims at providing some partial responses to the questions above, by lectures, seminars and brainstorming. Teaching lectures on established research and practice. The design of wind-excited Civil Structures needs, among others, sound phenomenological background in aerodynamics and aeroelasticity to set the problem, conceptual design abilities to solve the problem, analysis tools to assess the performance of candidate solutions. Teaching lectures select well-established fundamentals in Wind Engineering about the above issues. Seminars on current research. Additional seminars are focused on recent advances on selected topics in Wind Engineering. A view of research methods, as well as goals and achievements of selected research projects in the field. Brainstorming on research frontiers. As a closing loop step, brainstorming sessions are intended to seed some doubts and shed some light on open issues in Wind Engineering. Open minded, informal discussions towards potential step changes with respect to the current state of practice and knowledge. TARGET AUDIENCE: PhD students (main), Post-doctoral fellows (secondary), Researchers, Engineers, from both Italy and abroad. LAYOUT OF THE COURSE: • 3 days (8+8+4 hours), 20 hours in total • First two days: 6 hours of teaching lectures on established research and practice + 1 hours of seminars on current research + 1 hour of brainstorming on research frontiers • Third day: 4 hours of lectures on established research and practice
in maniera elementare i concetti,
i metodi e gli strumenti della ingegneria
forense nei casi riguardanti
le strutture, facendo riferimento a
casi concreti e specifici.
design. The interdisciplinary of many aspects is highlighted, considering the developments on the sustainable development and the architectonic design, and the availability of modern technologies that nowadays are integrated in the structural forms. The paper provides significant concepts and case studies (long span bridges, offshore wind turbines, high-rise buildings etc.), studied thoroughly in the last 10 years in the Sapienza University of Rome by the research group on structural analysis and design www.francobontempi.org.
“resilience of urban areas” and “resilient community”, have gathered the attention of researchers. On top of that, more recently, anti-fragile design came as an evolution of design for resilience (intended as the capacity to recover), or for robustness (a main dimension of resilience, intended as the ability of a structure to withstand events without being damaged to an extent disproportionate to the original cause). This study focuses on a modern approach in disaster resilience - including anti-fragile design and structural robustness - providing insight for a preliminary framework on important modelling aspects.
le strutture hanno rivoluzionato, da una parte,
molte procedure sulla prevenzione definendo metodologie
gestionali più efficaci e stanno, dall’altra,
portando ad affinare procedure investigative
codificate atte a ridurre il rischio di errori/omissioni
durante le indagini.
Lo scopo di questo articolo è quello di esporre
una metodologia codificata di Structural Fire Investigation
(Investigazione sugli aspetti strutturali in
caso di incendio) atta ad individuare le cause scatenanti,
pregresse e latenti, che hanno determinato
l’evento accidentale.
L’iter investigativo, associato a determinate operazioni
strutturali e forensi che partono dalla raccolta
delle informazioni iniziali al repertamento e
controllo documentale per poi completarsi con le
verifiche computazionali, sicuramente aiuta a determinare,
in maniera rigorosa, le cause e l’origine
di un incendio. La modellazione degli incendi con
il software del NIST, Fire Dynamics Simulator
(FDS) e l’analisi strutturale con vari codici di calcolo,
permettono di verificare determinate ipotesi
maturate durante il repertamento e di avvalorare
scientificamente l’analisi semiotica rilevata sulla
scena, fornendo dati forensi utili in fase dibattimentale.
Quindi un’attività investigativa pianificata, permette
a qualsiasi utente, (VV.F., personale delle Forze
dell’Ordine, Consulente, Perito, CTU o Libero
Professionista), di svolgere indagini in maniera appropriata
secondo una linea guida che permette
di non tralasciare controlli a volte rilevanti per la
stesura della documentazione complessiva in forma
di report finale.
On the Tectonics in Architecture between Ethics and Aestethics, Rome 11-13 June 2015.
Structural optimization is a quite large and various field of research, spacing from very theoretical and abstract aspects to very detailed and operative points. Nowadays, after the twenty years of personal experience of this author, it seems more important to appraise the concrete possibility offered by optimization in discovering and refining structural forms than to devote attention to analytical or computational features. With this practical and ingenuous bias, all the phases of conception, design and analysis of a structure can be coherently and meaningfully ordered, with a clear appraisal also on the limits of the structural solution.
L’ottimizzazione strutturale è un settore ampio e variegato della ricerca che presenta aspetti legati, da una parte, a considerazioni altamente astratte e, dall’altra, a sottili dettagli operative. Al giorno d’oggi, alla luce della esperienza ventennale diretta di questo autore, si ritiene importante, piuttosto che considerare aspetti analitici o numerici, fissare l’attenzione sulle possibilità concrete offerte dalla ottimizzazione nella scoperta e definizione di una forma strutturale. Con questa visione, allo stesso tempo pratica e ingénue, tutte le fasi di concezione, progetto e analisi di una forma strutturale possono essere viste organicamente e coerentemente, permettendo anche di evidenziare i limiti della soluzione trovata.
ROMA OCEAN WORLD
SCIENCE AND SAILING
RESEARCH SEMINAR
Friday, June 5th, 2015 – Rome, Italy
Sapienza – Università Di Roma - Faculty Of Engineering
Aula del Chiostro - Via Eudossiana 18 – 00184 Roma
In the first part of this study has been summarized the operation logic of a specific model for the risk analysis, the PIARC/OECD Quantitative Risk Assessment Model, and how it derives risk indicators. In the second part, a comprehensive risk analysis is performed in a long tunnel in South Italy, accounting for multifaceted aspects and parameters. The analysis is integrated with a sensitivity analysis on specific parameters that have an influence on the risk.
In sections 2, 3, and 4 the concept of Risk and its assessment is dealt. In section 5, the proce-dure followed by the QRA model to derive societal and individual risk indicators is discussed, starting from a given number of possible accident scenarios. In section 6 conclusions are written regarding the application of the studied model.
comprensione delle basi di progetto che portano alla concezione di una costruzione e del processo di analisi che ne verifica la sicurezza e le prestazioni.
Partendo da questa idea, l’articolo cerca di presentare in modo sintetico, ma ordinato, nell’introduzione l’orizzonte temporale e la traiettoria di vita che una costruzione può esperire, evidenziando nel successivo paragrafo il carattere sistemico di una struttura, ovvero enfatizzando la organizzazione gerarchica degli elementi strutturali che la formano: da questa ultima descrizione, si possono coerentemente valutare i livelli di crisi che si possono manifestare, giudicarne la gravità e indagarne i motivi.
Successivamente, una riflessione necessaria riguarda la natura delle azioni che possono cimentare una costruzione, con le loro origini e caratteristiche in termini di intensità, probabilità
di accadimento e gravità di conseguenze. Questo è un aspetto delicato, che dà il giusto rilievo agli accadimenti e agli approcci di analisi e di indagine necessari: questo punto è analogo all’idea che in una costruzione non tutti gli elementi hanno le stesse caratteristiche e la stessa importanza. Queste considerazioni generali non appaiono adeguatamente rimarcate dal quadro normativo corrente, spesso più attivo nelle descrizioni di dettaglio.
Nel quarto paragrafo, si esamina la complessità di un problema strutturale (adattando uno schema noto in letteratura dai lavori di Perrow) e i differenti tipi di situazioni di progetto: evolutivo o innovativo. Questa distinzione è importante al fine di rendersi conto delle conoscenze
(competenze) che si devono avere nell’affrontare il progetto: competenze che se mancanti o deficitarie possono essere origine di crisi strutturali.
Esaminati seppur brevemente questi punti (orizzonte temporale e prestazionale di una struttura, sua organizzazione sistemica, natura delle azioni che possono cimentarla, possibili ragioni della complessità del problema strutturale associato), nel quinto paragrafo, si riporta il modello generale della genesi e dello sviluppo di un fallimento strutturale secondo Reason.
L’ultimo paragrafo fornisce, infine, indicazioni sulla ricostruzione dell’evento e la risalita alle responsabilità dal punto di vista ingegneristico.
DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA
Department of Structural and Geotechnical Engineering
Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
DESIGN OF WIND-EXCITED CIVIL STRUCTURES:
PHENOMENOLOGICAL BASIS, PERFORMANCES ASSESSMENT, SOLUTIONS AND CASE STUDIES
What does the proper design of wind-excited civil structures need? What is the research practice in Wind Engineering today? How can we imagine tomorrow solutions for today open issues? The PhD course aims at providing some partial responses to the questions above, by lectures, seminars and brainstorming. Teaching lectures on established research and practice. The design of wind-excited Civil Structures needs, among others, sound phenomenological background in aerodynamics and aeroelasticity to set the problem, conceptual design abilities to solve the problem, analysis tools to assess the performance of candidate solutions. Teaching lectures select well-established fundamentals in Wind Engineering about the above issues. Seminars on current research. Additional seminars are focused on recent advances on selected topics in Wind Engineering. A view of research methods, as well as goals and achievements of selected research projects in the field. Brainstorming on research frontiers. As a closing loop step, brainstorming sessions are intended to seed some doubts and shed some light on open issues in Wind Engineering. Open minded, informal discussions towards potential step changes with respect to the current state of practice and knowledge. TARGET AUDIENCE: PhD students (main), Post-doctoral fellows (secondary), Researchers, Engineers, from both Italy and abroad. LAYOUT OF THE COURSE: • 3 days (8+8+4 hours), 20 hours in total • First two days: 6 hours of teaching lectures on established research and practice + 1 hours of seminars on current research + 1 hour of brainstorming on research frontiers • Third day: 4 hours of lectures on established research and practice
in maniera elementare i concetti,
i metodi e gli strumenti della ingegneria
forense nei casi riguardanti
le strutture, facendo riferimento a
casi concreti e specifici.
design. The interdisciplinary of many aspects is highlighted, considering the developments on the sustainable development and the architectonic design, and the availability of modern technologies that nowadays are integrated in the structural forms. The paper provides significant concepts and case studies (long span bridges, offshore wind turbines, high-rise buildings etc.), studied thoroughly in the last 10 years in the Sapienza University of Rome by the research group on structural analysis and design www.francobontempi.org.
“resilience of urban areas” and “resilient community”, have gathered the attention of researchers. On top of that, more recently, anti-fragile design came as an evolution of design for resilience (intended as the capacity to recover), or for robustness (a main dimension of resilience, intended as the ability of a structure to withstand events without being damaged to an extent disproportionate to the original cause). This study focuses on a modern approach in disaster resilience - including anti-fragile design and structural robustness - providing insight for a preliminary framework on important modelling aspects.
le strutture hanno rivoluzionato, da una parte,
molte procedure sulla prevenzione definendo metodologie
gestionali più efficaci e stanno, dall’altra,
portando ad affinare procedure investigative
codificate atte a ridurre il rischio di errori/omissioni
durante le indagini.
Lo scopo di questo articolo è quello di esporre
una metodologia codificata di Structural Fire Investigation
(Investigazione sugli aspetti strutturali in
caso di incendio) atta ad individuare le cause scatenanti,
pregresse e latenti, che hanno determinato
l’evento accidentale.
L’iter investigativo, associato a determinate operazioni
strutturali e forensi che partono dalla raccolta
delle informazioni iniziali al repertamento e
controllo documentale per poi completarsi con le
verifiche computazionali, sicuramente aiuta a determinare,
in maniera rigorosa, le cause e l’origine
di un incendio. La modellazione degli incendi con
il software del NIST, Fire Dynamics Simulator
(FDS) e l’analisi strutturale con vari codici di calcolo,
permettono di verificare determinate ipotesi
maturate durante il repertamento e di avvalorare
scientificamente l’analisi semiotica rilevata sulla
scena, fornendo dati forensi utili in fase dibattimentale.
Quindi un’attività investigativa pianificata, permette
a qualsiasi utente, (VV.F., personale delle Forze
dell’Ordine, Consulente, Perito, CTU o Libero
Professionista), di svolgere indagini in maniera appropriata
secondo una linea guida che permette
di non tralasciare controlli a volte rilevanti per la
stesura della documentazione complessiva in forma
di report finale.
On the Tectonics in Architecture between Ethics and Aestethics, Rome 11-13 June 2015.
Structural optimization is a quite large and various field of research, spacing from very theoretical and abstract aspects to very detailed and operative points. Nowadays, after the twenty years of personal experience of this author, it seems more important to appraise the concrete possibility offered by optimization in discovering and refining structural forms than to devote attention to analytical or computational features. With this practical and ingenuous bias, all the phases of conception, design and analysis of a structure can be coherently and meaningfully ordered, with a clear appraisal also on the limits of the structural solution.
L’ottimizzazione strutturale è un settore ampio e variegato della ricerca che presenta aspetti legati, da una parte, a considerazioni altamente astratte e, dall’altra, a sottili dettagli operative. Al giorno d’oggi, alla luce della esperienza ventennale diretta di questo autore, si ritiene importante, piuttosto che considerare aspetti analitici o numerici, fissare l’attenzione sulle possibilità concrete offerte dalla ottimizzazione nella scoperta e definizione di una forma strutturale. Con questa visione, allo stesso tempo pratica e ingénue, tutte le fasi di concezione, progetto e analisi di una forma strutturale possono essere viste organicamente e coerentemente, permettendo anche di evidenziare i limiti della soluzione trovata.
ROMA OCEAN WORLD
SCIENCE AND SAILING
RESEARCH SEMINAR
Friday, June 5th, 2015 – Rome, Italy
Sapienza – Università Di Roma - Faculty Of Engineering
Aula del Chiostro - Via Eudossiana 18 – 00184 Roma
In the first part of this study has been summarized the operation logic of a specific model for the risk analysis, the PIARC/OECD Quantitative Risk Assessment Model, and how it derives risk indicators. In the second part, a comprehensive risk analysis is performed in a long tunnel in South Italy, accounting for multifaceted aspects and parameters. The analysis is integrated with a sensitivity analysis on specific parameters that have an influence on the risk.
In sections 2, 3, and 4 the concept of Risk and its assessment is dealt. In section 5, the proce-dure followed by the QRA model to derive societal and individual risk indicators is discussed, starting from a given number of possible accident scenarios. In section 6 conclusions are written regarding the application of the studied model.
comprensione delle basi di progetto che portano alla concezione di una costruzione e del processo di analisi che ne verifica la sicurezza e le prestazioni.
Partendo da questa idea, l’articolo cerca di presentare in modo sintetico, ma ordinato, nell’introduzione l’orizzonte temporale e la traiettoria di vita che una costruzione può esperire, evidenziando nel successivo paragrafo il carattere sistemico di una struttura, ovvero enfatizzando la organizzazione gerarchica degli elementi strutturali che la formano: da questa ultima descrizione, si possono coerentemente valutare i livelli di crisi che si possono manifestare, giudicarne la gravità e indagarne i motivi.
Successivamente, una riflessione necessaria riguarda la natura delle azioni che possono cimentare una costruzione, con le loro origini e caratteristiche in termini di intensità, probabilità
di accadimento e gravità di conseguenze. Questo è un aspetto delicato, che dà il giusto rilievo agli accadimenti e agli approcci di analisi e di indagine necessari: questo punto è analogo all’idea che in una costruzione non tutti gli elementi hanno le stesse caratteristiche e la stessa importanza. Queste considerazioni generali non appaiono adeguatamente rimarcate dal quadro normativo corrente, spesso più attivo nelle descrizioni di dettaglio.
Nel quarto paragrafo, si esamina la complessità di un problema strutturale (adattando uno schema noto in letteratura dai lavori di Perrow) e i differenti tipi di situazioni di progetto: evolutivo o innovativo. Questa distinzione è importante al fine di rendersi conto delle conoscenze
(competenze) che si devono avere nell’affrontare il progetto: competenze che se mancanti o deficitarie possono essere origine di crisi strutturali.
Esaminati seppur brevemente questi punti (orizzonte temporale e prestazionale di una struttura, sua organizzazione sistemica, natura delle azioni che possono cimentarla, possibili ragioni della complessità del problema strutturale associato), nel quinto paragrafo, si riporta il modello generale della genesi e dello sviluppo di un fallimento strutturale secondo Reason.
L’ultimo paragrafo fornisce, infine, indicazioni sulla ricostruzione dell’evento e la risalita alle responsabilità dal punto di vista ingegneristico.
Per tutti noi, le attività di ricerca, consulenza e insegnamento formano un ciclo continuo di momenti complementari arricchiti da relazioni in campo internazionale e da periodi di soggiorno all’estero, in particolare negli Stati Uniti d’America, in Germania, Francia, Grecia e Cina.
Caratteristiche di questo gruppo sono l’interesse per tutti i diversi tipi di problemi strutturali, la capacità di impostazione degli stessi in termini scientifici, tecnici e normativi, e per la loro risoluzione, la padronanza di differenti codici di calcolo automatico per l’analisi strutturale con il metodo degli elementi finiti e la simulazione di sistemi complessi in campo multifisico.
Infine, tutte le persone del gruppo condividono valori di integrità, libertà, curiosità, creatività e generosità.
In this series of lectures, we will investigate the structural design methods of the craft tradition, which are wholly empirical, and how these methods interact with the science-based design, which is almost wholly rational.
I CONVEGNO SULL’INTERAZIONE UOMO-SPAZIO-TEMPO
Facoltà di Ingegneria
Sapienza Università di Roma
Sala del Chiostro 26 NOVEMBRE 2015
a cura di
Alessandro Cutini - Franco Bontempi
RELAZIONE DI MINORANZA
DEL PROF. FRANCO BONTEMPI,
PRESIDENTE DELLA COMMISSIONE,
MEMBRO INTERNO DESIGNATO DELLA FACOLTA’.
In this series of lectures, we will investigate the structural design methods of the craft tradition, which are wholly empirical, and how these methods interact with the science-based design, which is almost wholly rational. In the first lecture, we will investigate what these terms, especially 'rational' and 'empirical', mean from a philosophical point of view and then from an engineering point of view. In particular, we will explore how philosophical empiricism and rationalism are manifested in empiricist design and in rationalist design. We will show that even rationalist methods of design require empiricist corrections and will further demonstrate the empiricist basis of all structural design.
i metodi e gli strumenti della ingegneria
forense nei casi riguardanti
le strutture, facendo riferimento a
casi concreti e specifici.
In senso stretto, l’ingegneria
forense applica i principi e i metodi
scientifici dell’ingegneria alla soluzione
dei problemi tecnici in ambito
giudiziario: in effetti, in una visione
più ampia, questa disciplina vuole
ricostruire i motivi per cui un’opera
di ingegneria non è risultata
conforme alle aspettative, potendo
arrivare a produrre danni alle cose
e alle persone, finanche, a causa
della gravità delle conseguenze, a
produrre disastri.
Due aspetti immanenti alle problematiche
dell’ingegneria forense
sono la varietà dei punti da cogliere
e la contrapposizione delle parti.
Infatti, da una parte, la ricerca
delle ragioni di un fallimento di una
costruzione, che sia più o meno
grave, comporta considerare aspetti
legati alle persone e ai comportamenti
umani e professionali, aspetti
materiali e sostanziali, e aspetti
formali e normativi. Dall’altra parte,
i danni alle cose o alle persone,
con le relative individuazione di
responsabilità e determinazione
di indennizzo, portano a situazioni
conflittuali, con potenziali pesanti
risvolti sul piano personale e
professionale.
Energy Efficient Buildings (EeB)
Factories of the Future (FoF)
This study focuses on the numerical analysis and testing of a high efficiency Energy Harvesting device, based on piezoelectric materials, with possible applications for the sustainability of smart buildings, structures and infrastructures. The development of the device is supported by ESA (the European Space Agency) under a program for the space technology transfer.
The EH device, harvests the airflow inside Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems, using a piezoelectric component and an appropriate customizable aerodynamic appendix or fin that takes advantage of specific air flow effects (principally Vortex Shedding), and can be implemented for optimizing the energy consumption inside buildings.
In the present research, focus is given on different relevant modelling aspects, explored both using numerical methods (by means of FEM and CFD models) and in wind tunnel testing. In particular, different configurations for the piezoelectric bender (including rectangular, cylindrical and T-shaped) are modelled, tested and compared. The calibration of the numerical models, useful for the optimisation of the final design, and the electrical modelling and losses calculation for the EH circuit, are provided, and the effective energy harvesting potential of the working prototype device in laboratory conditions is assessed. Additional aspects relevant to the successful implementation of the research project are shown, including the final design of the device and the possible market impact.