30978 - SCIENZA DELLE COSTRUZIONI T

Scheda insegnamento

  • Docente Elena Ferretti

  • Moduli Elena Ferretti (Modulo 1)
    Elena Ferretti (Modulo 2)

  • Crediti formativi 9

  • SSD ICAR/08

  • Modalità didattica Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1)
    Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)

  • Lingua di insegnamento Italiano

  • Corso Ingegneria per l'ambiente e il territorio

  • Insegnamenti online - IOL

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Città e comunità sostenibili

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire le nozioni di base della meccanica dei solidi e delle strutture, con applicazione a casi elementari di strutture ricorrenti.

Contenuti

CONOSCENZE RICHIESTE IN INGRESSO 1) Analisi matematica T. 2) Geometria e algebra T.

ALGEBRA VETTORIALE 1) Vettore. 2) Vettori equipollenti. 3) Vettore applicato. 4) Cursore. 5) Prodotto scalare. 6) Prodotto vettoriale. 7) Momento polare di un vettore e di un sistema di vettori. 8) Coppia. 9) Vettore somma. 10) Vettore differenza. 11) Vettore risultante. 12) Sistemi equivalenti di vettori. 13) Sistemi in equilibrio di vettori. 14) Equazioni cardinali della Statica. 15) Equilibrante di un sistema di vettori 16) Operazioni invariantive. 17) Forza. 18) Risultante di un sistema piano di forze. 19) Sistemi equivalenti di forze. 20) Sistemi in equilibrio di forze. 21) Condizioni di equivalenza a zero. 22) Composizione delle forze nel piano.

GEOMETRIA DELLE MASSE 1) Baricentro di un sistema discreto di masse. 2) Momento statico di un sistema discreto e di un sistema continuo di masse. 3) Momenti d'inerzia assiali di un sistema discreto e di un sistema continuo di masse. 4) Proprietà distributiva dei momenti statici e d'inerzia. 5) Momento d'inerzia polare di un sistema discreto e di un sistema continuo di masse. 6) Calcolo dei momenti statici d'inerzia e centrifughi delle figure elementari (rettangolo, cerchio, triangolo rettangolo, semicorona circolare, semicerchio). 7) Utilizzo del momento d'inerzia polare per il calcolo del momento d'inerzia di un cerchio rispetto ad un suo diametro. 8) Primo e terzo teorema del trasporto con applicazioni. 9) Leggi di trasformazione per rotazione del sistema di riferimento; momenti d'inerzia nel sistema di riferimento ruotato; equazioni parametriche in 2 a dei momenti d'inerzia assiali e relativa rappresentazione grafica. 10) Circoli di Mohr: costruzione, momenti principali d'inerzia, polo di Mohr e sua proprietà, assi principali d'inerzia. 11) Procedimento analitico per il calcolo degli assi principali d'inerzia: angoli a 0 per i quali si ha un estremante di Ix e valori assunti in loro corrispondenza da Ixy e Iy, relazione intercorrente tra le derivate seconde di Ix e Iy. 12) Espressioni dei momenti principali d'inerzia per Ix0>Iy0 e Ix0< Iy0 e loro rappresentazione grafica. 13) Confronto tra le circonferenze descritte dalle eq. 30 e dalle eq. 38. 14) Raggi di inerzia; ellisse centrale d'inerzia; polare di un punto rispetto all'ellisse centrale d'inerzia; polarità. 15) Poli coniugati in una polarità; rette coniugate in una polarità; teorema di reciprocità per centri propri e impropri. 16) Diametro coniugato alla direzione di una retta e sua costruzione grafica. 17) Antipolo, antipolare, antipolarità, antipoli coniugati nell'antipolarità e loro relazione analitica. 18) Costruzione grafica dell'antipolo e dell'antipolare di un polo assegnato; casi particolari per polo coincidente col baricentro e polo improprio. 19) Nocciolo centrale d'inerzia e sue proprietà.

ANALISI DELLA DEFORMAZIONE 1) Campo di spostamento e sue proprietà. Dilatazione lineare specifica e scorrimento angolare. 2) Linearizzazione del campo di spostamento; affinità; decomposizione del campo di spostamento e suo significato nell'ipotesi di piccoli gradienti di spostamento. 3) Significato fisico della dilatazione lineare specifica e sua rappresentazione grafica. 4) Significato fisico dello scorrimento angolare e sua rappresentazione grafica. 5) Componenti della deformazione pura al ruotare della terna di riferimento; tensore di deformazione infinitesima; vettore algebrico di deformazione; operatore di congruenza; sistema di spostamenti-deformazioni cinematicamente ammissibile. 6) Invarianza delle forme bilineari e quadratiche per roto-traslazione della terna di riferimento; componenti di spostamento per i punti dell'intorno infinitesimo di raggio unitario. 7) Proprietà di reciprocità degli spostamenti. 8) Componenti principali ed invarianti di deformazione; direzioni principali di deformazione. 9) Ortogonalità delle direzioni principali di deformazione; tensore di deformazione e invarianti di deformazione nel riferimento principale; deformazione di un parallelepipedo retto con le facce ortogonali alle direzioni principali. 10) Coefficiente di dilatazione cubica; tensore volumetrico; deviatore di deformazione. 11) Stati monoassiali e biassiali di deformazione con dimostrazione della condizione necessaria e sufficiente per lo stato piano.

TEORIA DELLA TENSIONE 1) Forze in solido; equilibrio del corpo libero deformato e indeformato. 2) Vettore tensione; componenti cartesiane e componenti speciali di tensione. 3) Matrice di trasformazione tra componenti speciali e cartesiane di deformazione; riferimenti locali sulle facce del cubetto con spigoli paralleli agli assi. 4) Equazioni di Cauchy; simmetria della matrice delle componenti speciali di tensione delle giaciture dei piani coordinati. 5) Teorema di reciprocità delle componenti di tensione e suo corollario. 6) Componenti speciali di tensione al ruotare della terna di riferimento; tensore degli sforzi; vettore algebrico di tensione. 7) Invarianza delle forme bilineari e quadratiche per roto-traslazione della terna di riferimento; intorno sferico di raggio unitario. 8) Componenti principali ed invarianti di tensione; giaciture e direzioni principali di tensione. 9) Ortogonalità delle direzioni principali di tensione; tensore degli sforzi e invarianti di tensione nel riferimento principale. 10) Circoli di Mohr per lo stato triassiale di tensione; arbelo di Mohr. 11) Tensione media e suo legame con il primo invariante di tensione; tensore idrostatico e deviatore degli sforzi: definizioni, invarianti, circoli di Mohr, tensioni e direzioni principali. 12) Stati monoassiali e biassiali di tensione con dimostrazione della condizione necessaria e sufficiente per lo stato piano. 13) Stati piani di tensione: corrispondenza tra tracce delle giaciture a massima tensione tangenziale e direzioni principali di tensione (dimostrazione nel piano di Mohr). 14) Equazioni indefinite di equilibrio e equazioni al contorno per il solido tridimensionale (notazione scalare, notazione matriciale estesa e compatta); operatore di equilibrio; campo di tensioni staticamente ammissibile.

MECCANICA DEI MATERIALI 1) Legame costitutivo per materiali in stato elastico lineare omogeneo trasversalmente isotropo e senza autotensioni (roccia sedimentaria). 2) Prove di resistenza meccanica: prove in controllo di carico e prove in controllo di spostamento. 3) Prove monoassiali di compressione e trazione su materiali fragili (calcestruzzo, muratura e rocce): legami s/e , tensore degli sforzi, circoli di Mohr, stress path, piani di scorrimento. 4) Prove triassiali di compressione su materiali fragili: legami s/e e dipendenza dalla pressione di confinamento, tensore degli sforzi, circoli di Mohr, curva inviluppo nel piano di Mohr, piani di scorrimento all'atto della crisi. 5) Transizione fragile-duttile. 6) Dominio di crisi nel piano di Mohr per materiali fragili; criterio di crisi di Mohr/Coulomb. 7) Effetto dell'acqua sui circoli di Mohr dei materiali granulari, tensione efficace. 8) Dipendenza della curva s/e dalla velocità di deformazione: curva limite inferiore e curva limite superiore. 9) Viscosità. 10) Legame s/e dell'acciaio in trazione e compressione monoassiale; comportamento allo scarico; legame di Prandtl; tensione ammissibile; coefficiente di sicurezza. 11) Dominio di crisi nel piano di Mohr per materiali duttili; criterio di crisi di Tresca.

IDENTITÀ FONDAMENTALE E PRINCIPI NELLA MECCANICA DEI SOLIDI 1) Identità integrale fondamentale nella meccanica dei solidi: teorema e principio dei lavori virtuali per corpi deformabili; principio dei lavori virtuali per corpi rigidi. 2) Lavoro di deformazione esterno e interno e sue variazioni; processo di carico quasi statico; lavoro totale.

SISTEMI ELASTICI 1) Spazio delle configurazioni; corpo allo stato elastico; densità di energia elastica; energia elastica; densità del potenziale elastico; densità di energia complementare elastica; energia complementare elastica. 2) Stato elastico lineare: sviluppo in serie della densità di energia elastica e delle componenti di tensione, materiali omogenei e non omogenei, ipotesi di piccola deformazione, ipotesi di stato naturale indeformato e autotensioni nulle, costanti elastiche. 3) Materiali isotropi e anisotropi; stato elastico lineare per materiali isotropi; leggi generalizzate do Hooke; stato di deformazione. 4) Significato fisico di E, n e G. 5) Problema dell'equilibrio elastico lineare; problema dell'equilibrio elastico lineare omogeneo; problema dell'equilibrio elastico lineare omogeneo isotropo; principi di sovrapposizione degli effetti e di Kirchhoff.

PROBLEMA DI DE SAINT-VENANT 1) Solido di De Saint-Venant: modello geometrico, modello delle azioni esterne e modello reologico, problema di De Saint-Venant e sue equazioni. 2) Postulato di Boussinesq; postulato di De Saint Venant e sue conseguenze. 3) Conseguenza del principio di Kirchhoff; ipotesi di De Saint-Venant e sue conseguenze. 4) Relazioni di equivalenza statica tra tensioni e sollecitazioni; quattro casi fondamentali; vettore tensione tangenziale totale per i punti della superficie laterale. 5) Sforzo normale centrato: condizioni ai limiti integrali, ipotesi di lavoro, soluzione del problema, tensore degli sforzi, verifica dell'ipotesi di lavoro. 6) Sforzo normale centrato: campo di spostamento, deformata della sezione retta. 7) Sforzo normale centrato: circoli di Mohr, giaciture a massima tensione tangenziale, relazione tra direzioni principali di tensione e di deformazione, variazione specifica di volume, casi in cui la soluzione risulta esatta anche all'interno della zona di estinzione, diagramma delle tensioni normali. 8) Flessione retta: condizioni ai limiti integrali, ipotesi di lavoro, soluzione del problema, tensore degli sforzi, verifica dell'ipotesi di lavoro. 9) Flessione retta: campo di spostamento, deformata dell'asse, deformata della sezione retta, significato associato all'annullamento degli scorrimenti angolari, rotazione relativa tra le facce del concio infinitesimo. 10) Flessione retta: dilatazioni lineari specifiche sul piano di sezione, piano e asse neutro, diagramma delle tensioni normali, relazione tra asse neutro e asse vettore momento. 11) Flessione deviata: soluzione per sovrapposizione degli effetti, rotazione dell'asse neutro rispetto all'asse vettore momento per via analitica e per via geometrica (tramite l'asse di sollecitazione): caso generale e casi particolari di asse vettore momento parallelo a una direzione principale d'inerzia e ellisse centrale d'inerzia di forma circolare, diagramma delle tensioni normali. 12) Sforzo normale eccentrico: centro di pressione, tenso-flessione e presso-flessione, soluzione per sovrapposizione degli effetti, formula trinomia in termini di raggi d'inerzia, equazione dell'asse neutro in forma segmentaria, relazione geometrica tra asse neutro e centro di pressione. 13) Sforzo normale eccentrico: diagrammi delle tensioni normali per tenso- o presso-flessione retta con centro di pressione esterno e interno al nocciolo centrale d'inerzia, rotazione dell'asse neutro rispetto all'asse vettore momento, costruzioni grafiche dell'asse neutro per il caso generale. 14) Torsione: solidi a sezione sottile chiusa e aperta (andamento delle tensioni, fattore di rigidezza torsionale, angolo unitario di torsione), analogia idrodinamica, concentrazione degli sforzi, circoli di Mohr, isostatiche di trazione e compressione. 15) Taglio retto e flessione: centro di taglio, trattazione approssimata di Jourawski. 16) Taglio retto e flessione: taglio secondo un asse di simmetria.

VERIFICHE DI RESISTENZA 1) Tensione ideale secondo i criteri di Von Mises e Tresca per stati tensionali alla De Saint-Venant. 2) Verifica a sforzo normale centrato. 3) Verifica a flessione retta e a flessione deviata. 4) Verifica a sforzo normale eccentrico. 5) Verifica a taglio e flessione. 6) Verifica a taglio e torsione.

TEORIA DELLE STRUTTURE 1) Coordinate lagrangiane. 2) Vincoli, molteplicità di vincolo, molteplicità di svincolamento interno, strutture labili, isostatiche e iperstatiche. 3) Vincoli ben posti e mal posti; dualità statica-cinematica; reazioni vincolari del corpo isostatico per via analitica e per via grafica; curva delle pressioni. 4) Equazioni cardinali della statica per il corpo rigido vincolato; equazioni ausiliarie. 5) Equazioni indefinite di equilibrio per il solido trave. 6) Diagrammi delle caratteristiche della sollecitazione interna, convenzioni del concio e della punteggiata. 7) Convenzioni sul tracciamento dei diagrammi di N, M e T. 8) Nodo triplo. 9) Calcolo del grado di vincolo esterno e interno e delle componenti di reazione esterna e interna nelle strutture isostatiche chiuse. 10) Strutture reticolari piane; metodo dei nodi; metodo delle sezioni di Ritter. 11) Metodo delle catene cinematiche. 12) Equazione differenziale della linea elastica. 13) Calcolo delle componenti di spostamento per deformabilità flessionale mediante integrazione dell'equazione differenziale della linea elastica. 14) Composizione cinematica delle rotazioni e degli spostamenti. 15) Calcolo delle componenti di spostamento nelle strutture isostatiche attraverso il principio dei lavori virtuali. 16) Simmetria ed emisimmetria strutturale e di carico. 17) Metodo delle forze. 18) Telai a nodi fissi e a nodi spostabili; metodo dei telai a nodi spostabili. 19) Metodo delle rigidezze. 20) Distorsioni termiche; deformata termica. 21) Cedimenti vincolari elastici e anelastici, rigidezza e cedibilità alla traslazione e alla rotazione. 22) Espressione generale del principio dei lavori virtuali per i sistemi monodimensionali piani in stato elastico lineare; lavoro virtuale interno nelle strutture reticolari piane. 23) Studio della qualità dell'equilibrio per le strutture a elasticità diffusa: equilibrio stabile, instabile e indifferente, integrale generale, determinazione delle costanti d'integrazione, carico critico euleriano, lunghezza libera di inflessione, controventatura. 24) Snellezza, iperbole di Eulero e suoi limiti di validità, meccanismi di crisi per le travi tozze e per le travi snelle.

Testi/Bibliografia

  • A. DI TOMMASO, FONDAMENTI DI SCIENZA DELLE COSTRUZIONI, PARTE I, 1981; PARTE II, 1993, PATRON ED., BOLOGNA

  • E. VIOLA, ESERCITAZIONI DI SCIENZA DELLE COSTRUZIONI, 1/ STRUTTURE ISOSTATICHE E GEOMETRIA DELLE MASSE, 2/ STRUTTURE IPERSTATICHE E VERIFICHE DI RESISTENZA, PITAGORA ED., BOLOGNA, 1993

  • MATERIALE FORNITO DAL DOCENTE IN FORMA DI DISPENSA 

Metodi didattici

La didattica frontale svolta in aula è supportata e integrata dalla fruizione, riservata ai soli studenti frequentanti, di un sito sperimentale di e-learning sui contenuti dell'Insegnamento. Il sito viene aggiornato in parallelo all'attività didattica frontale con test di verifica dell'apprendimento sugli argomenti trattati a lezione. Scopo principale del sito è fornire agli studenti di Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio che frequentano le lezioni di “Scienza delle Costruzioni T” uno strumento di autovalutazione del grado di comprensione degli argomenti trattati in aula, anche tramite spunti per l'approfondimento in caso di erronea risposta ai test. È presente anche una sezione dedicata alle simulazioni d'esame.

L'architettura del sito consente un certo grado di interazione con il webmaster.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste nel superamento di una prova scritta ed una prova orale.

La durata della prova scritta è di 3 ore. La prova si articola in 3 esercizi: struttura isostatica, struttura iperstatica e verifica di resistenza (o circoli di Mohr).

Per superare la prova scritta è necessario rispondere correttamente alla prima domanda di ogni esercizio. Se risultano sufficienti solo due esercizi su tre, è facoltà del docente ammettere lo studente con riserva all'orale. Nel caso di ammissione con riserva, la prova orale verrà integrata da uno o più esercizi per raggiungere la sufficienza sulla prova scritta. L'ammissione alla prova orale è vincolata alla sufficienza sugli esercizi integrativi, che vanno risolti prima dell'inizio della prova orale. Gli studenti ammessi con riserva che non risultino sufficienti alla prova orale devono, in ogni caso, sostenere nuovamente lo scritto.

Durante la prova scritta non è consentito consultare nessun tipo di materiale. Tutto quanto necessario allo svolgimento della prova (la tabella delle rotazioni e delle componenti di spostamento) verrà fotocopiato nel retro del testo.

L'esito della prova scritta viene comunicato il giorno della correzione, che si svolge individualmente, alla presenza dell'interessato.

Ogni studente può scegliere tra due date in cui sostenere la prova orale: la prima data viene fissata a distanza di 5-7 giorni dal giorno dello scritto sostenuto, la seconda data viene fissata a distanza di 5-7 giorni dal giorno dello scritto successivo (anche se ciò dovesse comportare un salto d'appello).

Le date della correzione individuale e dell'orale vengono comunicate durante lo scritto e pubblicate sulla pagina web dell'Insegnamento.

Per prenotarsi alla prova scritta, occorre accedere alle liste telematiche predisposte su AlmaEsami (nella sezione “appelli d'esame” della pagina web del corso è presente un link alle liste telematiche).

La prenotazione alla prova orale avviene il giorno della correzione individuale, nel momento in cui viene comunicato l'esito positivo della prova scritta, scegliendo tra le due date proposte.

È possibile rimandare la data della prova orale, conservando lo scritto, solo se ci si è prenotati per la prima delle due date a disposizione. Per spostare la data dell'orale, occorre presentarsi in aula il giorno stabilito alla correzione individuale. Non è in nessun caso consentito rimandare la prova orale oltre la seconda data a disposizione.

Chi sostiene l'orale nella prima delle due date e non risulta sufficiente viene spostato d'ufficio alla seconda data, senza perdere lo scritto. L'esito non sufficiente alla seconda delle due date d'orale comporta la perdita della prova scritta.

Chi viene ammesso con riserva alla prova orale può tentare di sciogliere la riserva prenotandosi per la seconda data d'orale e presentandosi allo scritto dell'appello successivo. Il primo compito viene annullato solo se si consegna il secondo.

Chi sostiene con esito positivo la prova scritta e vuole migliorarne il voto, ha la possibilità di integrare la prova sostenuta con esercizi facoltativi sugli argomenti ai quali non ha risposto positivamente. Gli esercizi facoltativi vengono consegnati a tutti e possono essere risolti solo dopo aver terminato, con esito positivo, la prova orale.

Il voto finale risulterà dalla media aritmetica tra voto dello scritto e voto dell'orale, entrambi espressi in trentesimi.

Strumenti a supporto della didattica

Pagina web dell'Insegnamento

A partire dalla pagina personale del docente (http://elenaferretti.people.ing.unibo.it), è possibile raggiungere la pagina web dell'Insegnamento. La pagina si raggiunge dal link “Vai al sito personale” (scegliendo il corso di interesse dal menu in alto: pulsante “ScienzaT AT”) e contiene informazioni riguardanti il programma, l'orario di lezione, gli appelli d'esame ed il materiale didattico.

Le credenziali per accedere al materiale didattico vengono fornite a lezione.

 

Liste di distribuzione

A piè di pagina della pagina web dell'Insegnamento, viene visualizzato un testo scorrevole che rimanda alle liste di distribuzione d'Ateneo. Iscrivendosi alla lista di distribuzione, è possibile ricevere nella casella di posta elettronica d'Ateneo (con indirizzo del tipo nome.cognome@unibo.it) tutti gli avvisi di interesse dell'Insegnamento. Username e password da utilizzare per l'iscrizione al servizio sono quelle d'Ateneo (usate per la posta elettronica d'Ateneo). Il servizio prevede la possibilità di redirezionare i messaggi verso un indirizzo di posta elettronica a scelta dell'utente.

 

Sito e-learning

Nella pagina del materiale didattico è presente un link al sito e-learning dell'Insegnamento, dedicato alla verifica dell'apprendimento ed alla preparazione alle prove d'esame. Il sito viene aggiornato frequentemente. Gli aggiornamenti vengono comunicati tramite la lista di distribuzione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elena Ferretti