99046 - STRUCTURAL ENGINEERING AND DESIGN

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will have acquired the fundamental concepts for the design of structural systems aimed at ensuring the mechanical safeness of the architectural works: direct and indirect actions, constraints, calculation models, measurement of safety with probabilistic methods; design and execution criteria; load tests; regulations.

Contenuti

PREREQUISITI

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce i sistemi di forze, la geometria delle masse, i principali metodi di risoluzione delle strutture isostatiche e iperstatiche (quali principio dei lavori virtuali, metodo delle forze, etc.), la teoria della trave ed è in grado di valutare le tensioni in sezioni di materiale elastico omogeneo ed isotropo. Padroneggia inoltre i concetti di equilibrio e congruenza e i principali aspetti della statica.

Tali conoscenze sono acquisite, di norma, superando l’esame di Meccanica Razionale e Scienza delle Costruzioni.

Tutte le lezioni saranno tenute in Lingua Inglese.

PROGRAMMA

Il corso è organizzato in tre moduli didattici:

- il primo inquadra la materia di progettazione strutturale, presenta le normative tecniche, i materiali, le azioni, i metodi di verifica degli elementi strutturali;

- il secondo è relativo ai metodi di risoluzione delle strutture isostatiche ed iperstatiche;

- il terzo fa riferimento alla progettazione di strutture convenzionali in calcestruzzo armato e in acciaio, in accordo con gli Eurocodici.

Modulo 1 (Prof. Andrea Benedetti)

FONDAMENTI DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE

- Normative di riferimento. Approccio agli stati limite. Elementi di teoria della probabilità. Criteri generali del metodo di verifica agli stati limite (metodo dei coefficienti parziali).

- Definizione delle azioni di progetto. Azioni variabili sulle strutture (neve, vento, ecc.). Le combinazioni di carico.

- Materiali. Calcestruzzo: Aspetti tecnologici; prove di valutazione preventiva delle caratteristiche meccaniche, controlli di accettazione, prove complementari; Prova di compressione. Acciaio: Classi di acciai, prescrizioni normative, controlli di accettazione; lunghezze di ancoraggio delle armature.

- Verifica delle sezioni in acciaio alle tensioni ammissibili e agli stati limite ultimi.

- Verifica delle sezioni in c.a. alle tensioni ammissibili (cenni). Generalità sul metodo e ipotesi di base. Coefficiente di omogeneizzazione. Calcolo delle sezioni inflesse in c.a., problema di verifica e di progetto. Espressioni approssimate per il dimensionamento di massima.

- Verifica delle sezioni in c.a. agli stati limite ultimi. Diagrammi di calcolo dei materiali. Campi di rottura e modalità di crisi delle sezioni. Momento ultimo di sezioni inflesse. Verifiche e dimensionamento a taglio delle travi in c.a. Sezioni pressoinflesse: interazione momento-sforzo normale per la verifica e il progetto. Formule semplificate di verifica e progetto.

Modulo 2 (Prof. Stefano Silvestri)

RISOLUZIONE DELLE STRUTTURE

- Vincoli e definizioni di strutture isostatiche e iperstatiche.

- Risoluzione delle strutture isostatiche. Applicazioni del Principio dei Lavori Virtuali per il calcolo di spostamenti/rotazioni.

- Risoluzione delle strutture iperstatiche con il metodo della congruenza. Casi ricorrenti di travi a singola campata. Rigidezze rotazionali.

- Risoluzione delle strutture iperstatiche con il metodo dell'equilibrio e con il metodo dei vincoli ausiliari. Applicazioni a travi a più campate e a telai semplici. Strutture simmetriche con caricamento simmetrico ed antisimmetrico. Strutture con i nodi che ruotano e non traslano: rigidezze alla rotazione; il metodo di Cross. Strutture con i nodi che traslano e non ruotano: rigidezze alla traslazione. Strutture con i nodi che traslano e ruotano.

Modulo 3 (Ing. Antoine Dib)

ESEMPI DI PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN C.A.

- Tipologie strutturali in c.a.

- Progetto dei telai in c.a. Individuazione schema statico di un edificio. Organizzazione tridimensionale degli elementi strutturali.

- Progetto dei solai. Analisi dei carichi. Tipologie di solai. Solai in latero-cemento: Criteri di dimensionamento, schemi a 2, 3, più appoggi, disposizione delle armature, verifiche a flessione e taglio dei solai.

- Progetto di travate in c.a. Travi in altezza e spessore. Criteri di massima per la valutazione delle azioni interne e per il dimensionamento di massima delle travi. Verifica per sottostrutture. Condizioni di carico per valori massimi delle sollecitazioni. Disegni delle casserature e disposizione delle armature per flessione e taglio.

- Progetto di pilastrate in c.a. Aree di influenza per il dimensionamento di massima dei pilastri. Verifica per sottostrutture. Condizioni di carico per combinazioni di massime sollecitazioni momento - sforzo normale. Disegni delle casserature e disposizione delle armature.

- Progetto delle strutture di fondazione. Carichi sulle fondazioni. Fondazioni continue (travi rovesce) ed isolate (plinti tozzi e snelli). Modello semplificato per fondazioni continue. Criteri di dimensionamento. Verifiche e disposizione delle armature.

ESEMPI DI PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO

- Tipologie strutturali in acciaio.

- Elementi tesi. Elementi inflessi: verifiche di resistenza e deformabilità. Elementi soggetti a taglio: verifiche di resistenza.

- Il problema della stabilità negli elementi compressi: teoria di Eulero ed asta reale. L'instabilità locale.

- Gli elementi soggetti a presso flessione.

- Gli elementi composti: principi di funzionamento e verifiche di stabilità.

- Le unioni saldate. Le unioni bullonate. Le unioni con la fondazione.

Testi/Bibliografia

MATERIALE/LIBRI SUGGERITI:

Appunti di lezione.

- E. Viola, “Fondamenti di Analisi Matriciale delle Strutture”, Pitagora Editrice Bologna, 1996.

- P. Pozzati e C. Ceccoli, “Teoria e Tecnica delle strutture”, ed. UTET, Torino, volumi I e II, 1972 – 1974.

- A. Ghersi, “Costruzioni in Cemento Armato”, Flaccovio editore, 2010.

- E. Cosenza, G. Manfredi, M. Pecce, “Strutture in cemento armato”, Hoepli, 2008.

- V. Nunziata, “Teoria e pratica delle strutture in acciaio”, Flaccovio editore, 2011.

- G. Ballio, F.M. Mazzolani, “Strutture in Acciaio”, Hoepli, 1987.

- Bill Mosley, John Bungey and Ray Hulse, “Reinforced Concrete Design to Eurocode 2”, Sixth Edition, Palgrave Macmillan.

- O. Belluzzi, “Scienza delle costruzioni”, ed. Zanichelli, Bologna, voll. II e III.

- F. Leonhardt, “C.A. & C.A.P.: calcolo di progetto & tecniche costruttive”. Edizioni Tecniche, Milano, voll. I-III, 1977.

- A. Migliacci, “Progetto agli stati limite delle strutture in c.a.”, Masson Italia Ed., Milano, 1977.

- A. Migliacci, “Progetti di strutture”, Tamburini, Milano, 1968.

- E. Cosenza, C. Greco, “Il calcolo delle deformazioni nelle strutture in cemento armato”. CUEN, Napoli, 1996.

- E. Giangreco, “Ingegneria delle strutture”, UTET

- E. Torroja, “La concezione strutturale”, UTET

- J. Heyman, 1998, “Structural analysis. A historical approach”, Cambridge University Press

- G. Ballio, F.M. Mazzolani, “Strutture in acciaio”, Hoepli.

- G. Ballio, C. Bernuzzi, 2004, “Progettare costruzioni in acciaio”, Hoepli.

- N. Scibilia, 2005, “Progetto di strutture in acciaio”, 4° ed., Dario Flaccovio Editore.

- V. Nunziata, 2000, “Teoria e pratica delle strutture in acciaio”, 2° ed., Dario Flaccovio Editore.

- F. Hart, W. Henn, H. Sontag, 1982, “Architettura Acciaio Edifici Civili”, 2° ed., FINSIDER Gruppo IRI (edizione FINSIDER in lingua italiana del volume “Stahlbauatlas-Geschossbauten”, 2° ed., pubblicato dall'Institut für Internationale Architektur-Dokumentation di Monaco).

- J.C. McCormac, 2008, "Structural steel design", Pearson Prentice Hall

- J.C. Smith, 1996, "Structural steel design. LRFD approach", Wiley

- S.P. Timoshenko, J.M. Gere, 1961, "Theory of elastic stability", Dover publications

- T.V. Galambos, A.E. Surovek, 2008, "Structural stability of steel", Wiley

- T.Y. Lin, N.H. Burns, 1982, "Design of prestressed concrete structures", Wiley

- R. Walther, M.Miehlbradt, 1990, "Progettare in calcestruzzo armato", Hoepli

- C. Cestelli-Guidi, 1987, "Cemento armato precompresso", Hoepli

- L. Santarella, 1998, "Il cemento armato", 22a ediz., Hoepli

- L. Goffi, P. Marro, 1998, "Appuni sul Cemento armato precompresso", CLUT editrice, Torino

Dalla collana tecnica-scientifica ITALSIDER per la progettazione delle strutture metalliche:

- L.F. Donato, L. Sanpaolesi, 1970, “Gli acciai e la sicurezza delle costruzioni”, Volume I.

- L. Finzi, E. Nova, 1971, “Elementi strutturali”, Volume IV.

- D. Danieli, F. De Miranda, 1971, “Strutture in acciaio per l'edilizia civile e industriale”, Volume VI.

RIFERIMENTI NORMATIVI:

Eurocode 1: Actions on structures

Eurocode 2: Design of concrete structures

Eurocode 3: Design of steel structures

Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 17/01/2018.

Circolare 21/01/2019, n. 617, C.S.LL.PP.

CNR 10011, Costruzioni in acciaio, 1988.

Metodi didattici

Tutti e tre i Moduli saranno erogati in parallelo durante il semestre in cui è previsto il presente insegnamento.

Nelle lezioni saranno trattate le problematiche generali riguardanti le strutture in calcestruzzo armato ed in acciaio. Nelle lezioni saranno discussi criticamente gli approcci ai vari problemi trattati raccomandati dalle normative nazionali ed internazionali. Saranno mostrati e discussi particolari costruttivi significativi. Le lezioni saranno affiancate da esercitazioni nelle quali saranno mostrati alcuni progetti di strutture e discussi gli aspetti più rilevanti.

Lezioni frontali sulle basi teoriche dei problemi oggetto del corso.

Lezioni frontali sugli aspetti applicativi e tecnologici per la progettazione di strutture in c.a. e acciaio.

Lezioni frontali su esempi di progettazione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Il giudizio finale dello studente è ottenuto sulla base di:

- una prova orale relativa ai Moduli 1 e 3, per verificare la capacità dello studente di trattare gli aspetti teorici più importanti della progettazione strutturale in generale e in particolare di costruzioni in calcestruzzo armato e in acciaio;

- una prova orale relativa al Modulo 2 del corso per verificare la capacità dello studente nella risoluzione di strutture isostatiche ed iperstatiche;

- la verifica delle esercitazioni relative alla progettazione di strutture in c.a. ed in acciaio svolte nell'ambito del Modulo 3. 

Il giudizio finale dello studente è ottenuto come media dei punteggi ottenuti nelle singole prove.

Le prove orali si articolano in due domande, che possono partire anche da aspetti specifici ma poi si sviluppano sulle tematiche generali esplicitate nel programma del corso. Esse mirano a stabilire le conoscenze e le abilità raggiunte dallo studente oltre che a valutare la sua proprietà di linguaggio con riferimento agli argomenti discussi.

Il superamento dell’esame, nel suo complesso, sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento, mostrando in particolare di aver appreso le nozioni teoriche fondamentali e di saper argomentare in maniera esaustiva e autonoma le varie fasi che portano alla definizione dei principali risultati pratico/applicativi.

Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso con ampiezza di contenuti e adeguata capacità di linguaggio gli argomenti spiegati e mostreranno di essere capaci di applicare tutti i contenuti dell’insegnamento in autonomia operativa anche ai casi più complessi.

Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto invece all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave (quali ad esempio le regole dell'equilibrio statico), alla mancata padronanza del linguaggio tecnico, alla insufficiente autonomia operativa mostrata nello svolgimento della prove.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna.
Presentazioni Power-Point mostrate con il videoproiettore.
Eventuali dispense fornite dal docente caricate su piattaforma IOL.
Esercizi svolti da studenti degli anni passati.
Appunti di studenti degli anni passati.

Orario di ricevimento

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