Università di Catania | Facoltà di Ingegneria | DICA | Tecnica delle Costruzioni
Obiettivo del corso di Tecnica delle costruzioni 1 e 2 e del Laboratorio progettuale di strutture è fornire allo studente di ingegneria edile - architettura le conoscenze teoriche e le capacità applicative necessarie per la progettazione delle strutture. L'iter fondamentale di tale operazione richiede il passaggio dall'oggetto ad un modello (geometrico e di carico) che verrà calcolato e verificato. Si seguono quindi le tre fasi (modellazione, analisi strutturale, verifica strutturale) di seguito descritte, che vengono integrate da un'ampia gamma di applicazioni progettuali.
Modellazione
Gli studenti sono in genere abituati ad affrontare
problemi strutturali ben definiti, nei quali lo schema da risolvere è già
assegnato. Si trovano quindi in difficoltà di fronte agli oggetti reali,
perché non riescono a vedere come schematizzarli. In aggiunta a ciò, la
disponibilità di strumenti di calcolo sempre più potenti tende a spingere verso
l'uso di modelli sempre più complessi, nel
tentativo (spesso vano) di raggiungere una migliore conoscenza dell'oggetto
reale. Ciò comporta il rischio di inseguire i singoli dettagli e perdere di
vista l'unitarietà del comportamento strutturale.
Per ovviare a questi
problemi il corso dà sufficiente spazio alle
problematiche di modellazione e, pur non disdegnando l'uso di programmi di
calcolo e di modelli più complessi, cerca di formare lo studente al riconoscimento del
comportamento globale per individuare schemi appropriati ma il più possibile
semplici ed essenziali.
Analisi strutturale
Con tale termine si
intende, in particolare, la risoluzione dello schema geometrico soggetto ai
carichi (quindi, nel caso di insieme di aste, la determinazione delle
caratteristiche della sollecitazione).
La risoluzione di schemi semplici, ai
quali principalmente si ricorre, è già nota dal corso di Scienza delle
costruzioni ma viene richiamata, almeno nelle sue linee essenziali, all'inizio
del
corso. Per schemi più complessi, dalla trave continua ai telai piani (e se
possibile anche lastre, piastre, volte, serbatoi, ecc.), vengono fornite
indicazioni operative che consentono di stimare con buona approssimazione i
risultati. Ciò risulta utile sia per il dimensionamento preliminare delle
strutture che per il controllo e l'accettazione dei risultati forniti da semplici programmi di analisi
strutturale, messi a disposizione dal docente, o dai più complessi programmi in
uso nella pratica professionale.
Verifica strutturale
Come già visto nel corso di
Scienza delle costruzioni, i criteri con i quali si verifica la resistenza
strutturale sono basati sull'esame dello stato tensionale. Nel corso di Tecnica
delle costruzioni si estendono i risultati, ricavati per sezione di materiale
ideale (omogeneo, isotropo, linearmente elastico), alle situazioni reali nelle
quali il materiale è non omogeneo (cemento armato), con imperfezioni (acciaio),
con comportamento non lineare od elastoplastico.
Nella prima parte del corso
(Tecnica 1) si esaminano le strutture in acciaio,
perché questo è il materiale che più si avvicina (almeno in prima
approssimazione) alle ipotesi della Scienza delle costruzioni. Introdotto il
concetto di coefficiente di sicurezza, si passa dal comportamento lineare
(verifica alle tensioni ammissibili) a quello non lineare (verifica allo stato
limite ultimo) evidenziandone gli aspetti unitari più che le differenze. Si
esamina quindi l'importanza delle deformazioni, l'influenza delle imperfezioni
ed i problemi (di modellazione e di calcolo) relativi ai collegamenti.
Nella
seconda parte (Tecnica 2) si esaminano le strutture in cemento armato. Si mostra in che modo
viene superato il problema della non omogeneità di calcestruzzo e acciaio e
quello della scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo. Anche per questa
tipologia si mostra l'unitarietà di approccio che è alla base dei due modelli di
comportamento del materiale (lineare e non lineare). Vengono infine trattate in
maniera sintetica le strutture in cemento armato precompresso, per evidenziarne le
problematiche specifiche e le caratteristiche prestazionali.
Applicazioni
progettuali
Sia per le strutture in acciaio che per quelle in cemento
armato vengono fatte applicazioni collegiali, sviluppate alla lavagna. Inoltre
vengono assegnati agli studenti progetti da svolgere individualmente; questi
ultimi sono comunque revisionati in maniera
collegiale, in modo da consentire a tutti gli studenti di trarre frutto dal
lavoro svolto dai singoli.
Le indicazioni che seguono sono riferite solo al corso di Tecnica delle costruzioni 2, che prevede un totale di 75 ore di lezione.
Sono indicati nel seguito in maniera sintetica gli argomenti che si prevede di affrontare in ciascuna delle lezioni del corso. Queste informazioni verranno aggiornate man mano che si procede con le lezioni. Sono indicate col colore blu le lezioni che si prevede di fare, in nero le lezioni già fatte.
Le lezioni del corso sono raggruppate in moduli, alcuni teorici ed altri a carattere progettuale. Per consentire agli studenti di sviluppare in tempi rapidi gli elaborati progettuali, l'organizzazione dei moduli teorici è in parte condizionata dallo sviluppo dei moduli progettuali. Le lezioni di moduli teorici e progettuali possono quindi alternarsi tra loro.
Per meglio comprendere a quale modulo fa capo ogni lezione, nel seguito è riportata per ogni lezione una sigla che contraddistingue il modulo cui essa appartiene. In particolare si è usato: | |
CA | per indicare il modulo "verifica e progetto di elementi in cemento armato ordinario" |
PrC | per indicare il modulo progettuale "progetto di elementi strutturali in cemento armato ordinario" |
CAP | per indicare il modulo "verifica e progetto di elementi in cemento armato precompresso" |
AnStru | per indicare il modulo "analisi strutturale" |
martedì
7 marzo, ore 15-17 |
--- | Presentazione del corso. Obiettivi. Relazione col laboratorio di progettazione strutturale. | 1 |
CA | Breve cenno
storico allo sviluppo del cemento armato. Il calcestruzzo Aspetti tecnologici: composizione, getto, stagionatura. Comportamento sotto carichi di breve durata e prove per valutarlo: resistenza a compressione; modulo elastico. |
2 | |
mercoledì 8
marzo, ore 17-19 |
CA | Determinazione della resistenza a
compressione in strutture esistenti; resistenza a trazione. Indicazioni di normativa: resistenza e controlli di accettazione. Modelli di comportamento e resistenza per sezione non fessurata, per sezione fessurata, allo stato limite ultimo. |
4 |
giovedì 9
marzo, ore 14.30-16.30 |
CA | Comportamento del
calcestruzzo nel tempo: variazione di resistenza con la stagionatura; ritiro; deformazioni
viscose; variazione delle proprietà chimiche. L'acciaio per cemento armato ordinario Caratteristiche. Modelli di comportamento e resistenza: lineare, allo stato limite ultimo. Aderenza acciaio-calcestruzzo: tensioni di aderenza; lunghezza di ancoraggio; lunghezza di sovrapposizione; ricoprimento e distanza tra le barre. |
6 |
martedì 14
marzo, ore 15-17 |
CA | Aspetti generali della
flessione composta Ipotesi di base; stadi di comportamento. Comportamento elastico lineare (primo e secondo stadio); omogeneizzazione; coefficiente di omogeneizzazione. Comportamento non lineare (terzo stadio). Diagrammi limite; deformazioni, tensioni e caratteristiche di sollecitazione. |
8 |
mercoledì 15
marzo, ore 17-19 |
CA |
Sforzo normale Modello lineare, primo stadio; fessurazione; sforzo normale di fessurazione. Modello lineare, secondo stadio: trazione; compressione; indicazioni di normativa; progetto della sezione e dell'armatura. |
10 |
giovedì 16
marzo, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio con struttura
in cemento armato Descrizione; elementi strutturali e non strutturali; comportamento sotto carichi verticali; gerarchia di trasmissione dei carichi verticali; modellazione. Organizzazione del calcolo e della relazione di calcolo. Carichi unitari: morfologia di solaio e sbalzi e loro dimensionamento; tamponature; travi ed altri elementi. |
12 |
martedì 21
marzo, ore 15-17 |
CA |
Sforzo normale Modello non lineare: trazione; compressione; indicazioni di normativa; progetto della sezione e dell'armatura. Modalità di realizzazione dei pilastri e indicazioni progettuali (distanza tra le barre, staffe, particolari costruttivi). Confronto tra la progettazione a sforzo normale col metodo delle tensioni ammissibili ed allo stato limite ultimo. |
14 |
mercoledì 22
marzo, ore 17-19 |
CA | Pilastri cerchiati. |
16 |
AnStr | Tipi di
analisi (lineare, non lineare). Analisi lineare: schemi isostatici; schemi iperstatici; metodo delle forze; metodo degli spostamenti; metodi di rilassamento Applicazioni alla trave continua |
||
giovedì 23
marzo, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio in c.a. -
pilastri Coefficienti di continuità. Analisi dei carichi sui pilastri: valutazione dell'azione trasmessa dalle travi; aree di influenza; calcolo dello sforzo normale. Dimensionamento delle sezioni; armature; organizzazione della tavola. |
18 |
martedì 28
marzo, ore 15-17 |
CA | Flessione semplice Modello lineare, primo stadio: fessurazione; momento di fessurazione. Modello lineare, secondo stadio: problematiche generali; determinazione dello stato tensionale, per sezione rettangolare; confronto tra stato tensionale prima e dopo la fessurazione; verifica. |
20 |
mercoledì 29
marzo, ore 17-19 |
CA |
Flessione semplice Modello lineare, secondo stadio: verifica di sezione riconducibile alla rettangolare e di sezione generica; progetto di sezione rettangolare a semplice armatura e a doppia armatura; indicazioni progettuali; esempi di progetto di sezione ed armatura. |
22 |
giovedì 30
marzo, ore 14.30-16.30 |
AnStr | Il metodo di Cross per la risoluzione di schemi di trave continua | 24 |
PrC | Edificio
in c.a. - solaio Morfologia del solaio. Schemi geometrici e combinazioni di carico; diagrammi ed inviluppo. |
||
martedì 4
aprile, ore 15-17 |
CA | Flessione semplice Modello non lineare, terzo stadio: impostazione generale; coefficienti b e k per sezione parzializzata; verifica di sezione rettangolare; verifica di sezione generica. |
26 |
mercoledì 5
aprile, ore 17-19 |
CA | Flessione semplice Modello non lineare, terzo stadio: diagrammi momento-curvatura e duttilità; progetto di sezione rettangolare a semplice e a doppia armatura; indicazioni progettuali; esempi di progetto di sezione ed armatura. Confronto tra la progettazione a flessione semplice col metodo delle tensioni ammissibili ed allo stato limite ultimo. |
28 |
giovedì 6
aprile, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio in c.a. - solaio Determinazione dell'area di ferro necessaria. Armatura a barre diritte: scelta delle barre; momento resistente dell'armatura; determinazione della lunghezza delle barre. Armatura con sagomati: scelta delle barre; determinazione della lunghezza delle barre. |
30 |
martedì 11
aprile, ore 15-17 |
PrC | Edificio in c.a. - solaio Momento resistente del calcestruzzo; fasce piene e semipiene. Armatura e travetto di ripartizione; particolari costruttivi. Organizzazione della tavola |
32 |
mercoledì 12
aprile, ore 17-19 |
--- | lezione non tenuta | -- |
giovedì 13
aprile, ore 14.30-16.30 |
--- | lezione non tenuta | -- |
martedì 18
aprile, ore 15-17 |
--- | lezione non tenuta | -- |
mercoledì 19
aprile, ore 17-19 |
CA | Flessione composta Sezione omogenea: nocciolo d'inerzia. Modello lineare, primo stadio: determinazione dello stato tensionale; determinazione del momento o sforzo normale di fessurazione. Modello lineare, secondo stadio: nocciolo per sezione compressa |
34 |
giovedì 20
aprile, ore 14.30-16.30 |
CA | Modello lineare, secondo stadio: impostazione generale; sezione rettangolare con bassa eccentricità; sezione rettangolare con forte eccentricità; individuazione dell'asse neutro; determinazione dello stato tensionale; sezioni riconducibili alla rettangolare; sezioni a croce e scatolari; sezioni circolari; sezioni generiche. |
36 |
martedì 25
aprile, ore 15-17 |
--- | festa | -- |
mercoledì 26
aprile, ore 17-19 |
CA | Modello lineare, secondo stadio: diagrammi limite e campi di comportamento; costruzione dei domini M-N; uso dei domini M-N. Flessione composta deviata; indicazioni progettuali. |
38 |
giovedì 27
aprile, ore 14.30-16.30 |
CA | Modello non lineare, terzo stadio: impostazione generale; coefficienti b e k per sezione tutta compressa; verifica di sezione rettangolare; verifica di sezioni di forma diversa (circolare, ecc.). |
40 |
martedì 2
maggio, ore 15-17 |
CA | Modello non lineare, terzo stadio: diagrammi limite e campi di comportamento; costruzione dei domini; formule semplificate per sezione rettangolare e circolare; considerazioni generali e indicazioni progettuali. Confronto tra il comportamento a flessione composta col metodo delle tensioni ammissibili ed allo stato limite ultimo. Flessione composta deviata; indicazioni progettuali. |
42 |
mercoledì 3
maggio, ore 17-19 |
CA | Taglio Sezione omogenea: determinazione dello stato tensionale per sezione rettangolare e per altre forme di sezione. Modello lineare, primo stadio: determinazione dello stato tensionale Modello lineare, secondo stadio: considerazioni sullo stato tensionale; sezione rettangolare soggetta a flessione, a tenso e pressoflessione; altre forme di sezione. |
44 |
giovedì 4
maggio, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio in c.a. -
travi Morfologia; dimensionamento della sezione. Analisi dei carichi; condizioni di carico; risoluzione dello schema; valutazione approssimata delle caratteristiche di sollecitazione. Determinazione dell'area di armatura necessaria a flessione. |
46 |
martedì 9
maggio, ore 15-17 |
CA | Taglio Modello lineare, secondo stadio: tipologia di armatura a taglio; armatura con sagomati; armatura con staffe e ferri di parete; armatura con staffe; approccio unificato (campi di tensione); indicazioni di normativa. |
48 |
mercoledì 10
maggio, ore 17-19 (M. Bosco) |
CA | Modello non lineare, terzo stadio: resistenza in assenza di armature (modello a pettine); confronto tra valori ottenuti con il metodo delle tensioni ammissibili e con lo stato limite ultimo | 50 |
PrC |
Edificio in c.a. - solaio Controllo delle fasce semipiene per problemi di taglio. |
||
giovedì 11
maggio, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio in c.a. -
travi Disposizione dell'armatura a flessione. |
52 |
--- | Considerazioni sulla schematizzazione e sulla impostazione della risoluzione di schemi strutturali, utili ai fini dei compiti per esame | ||
martedì 16
maggio, ore 15-17 |
CA | Taglio Modello non lineare, terzo stadio: resistenza in presenza di armature a taglio (metodo normale; inclinazione variabile del traliccio; campi di tensione); indicazioni di normativa per le armature. Confronto tra la progettazione a taglio col metodo delle tensioni ammissibili ed allo stato limite ultimo. |
54 |
mercoledì 17
maggio, ore 17-19 |
CA | Punzonamento Taglio e punzonamento; modello lineare; modello non lineare. Confronto tra la progettazione a punzonamento col metodo delle tensioni ammissibili ed allo stato limite ultimo. |
56 |
giovedì 18
maggio, ore 14.30-16.30 |
PrC | Edificio in c.a. -
travi Progetto dell'armatura a taglio; organizzazione della tavola. |
58 |
martedì 23
maggio, ore 15-17 |
CA | Torsione Torsione per congruenza e torsione per equilibrio. Sezione omogenea: valutazione delle t per sezione anulare, circolare, rettangolare, tubolare. Modello lineare: determinazione dello stato tensionale; armatura a torsione. |
60 |
--- | Assegnazione di un compito da risolvere a casa | ||
mercoledì 24
maggio, ore 17-19 |
CA | Modello non lineare:
resistenza della sezione: resistenza dell'armatura. Torsione e taglio Modello lineare; modello non lineare. |
62 |
giovedì 25
maggio, ore 14.30-16.30 |
--- | Risoluzione del compito assegnato martedì 23 maggio | 64 |
martedì 30
maggio, ore 15-17 |
CA | Stati limite di
esercizio Generalità. Stato limite di fessurazione: comportamento di un'asta tesa al crescere dei carichi: formazione della prima fessura; successive fessure; comportamento dopo la fessurazione; tension stiffening. |
66 |
mercoledì 31
maggio, ore 17-19 |
CA |
Stato limite di fessurazione: ampiezza delle fessure
secondo la normativa; controllo della fessurazione senza calcolo diretto Stato limite di deformazione Limitazione delle tensioni in esercizio |
68 |
giovedì 1
giugno, ore 14.30-16.30 |
CAP | Cemento armato
precompresso Motivazioni e vantaggi della precompressione. Tecniche di precompressione: fili aderenti, cavi scorrevoli. Problemi della precompressione: cadute di tensione |
70 |
martedì 6
giugno, ore 15-17 |
--- | Lezione non tenuta, per impegni concomitanti (Convegno CEB) | -- |
mercoledì 7
giugno, ore 17-19 |
CAP | Cadute di tensione legate alla
tecnica di precompressione: accorciamento elastico, rientro degli ancoraggi,
attrito Cadute di precompressione nel tempo: ritiro, effetti viscosi nel calcestruzzo, rilassamento dell'acciaio |
72 |
giovedì 8
giugno, ore 14.30-16.30 |
CAP | Verifiche da effettuare in
strutture precompresse. Verifiche in esercizio: al tiro, in esercizio,
fessurazione. Verifiche allo stato limite ultimo: trazione, flessione,
taglio Tirante precompresso: verifiche e dimensionamento |
74 |
martedì 13
giugno, ore 15-17 |
CAP | Trave inflessa precompressa: diagramma di tensioni al tiro e in esercizio, limiti tensionali, nocciolo centrale d'inerzia e nocciolo limite, criteri di dimensionamento della sezione | 76 |
mercoledì 14
giugno, ore 17-19 |
CAP | Trave inflessa precompressa:
verifica a fessurazione, verifica allo stato limite ultimo, posizione del
cavo (fuso di Guyon), cavo risultante Precompressione di strutture iperstatiche, cavo concordante |
78 |
giovedì 15
giugno, ore 14.30-16.30 |
--- | Lezione non tenuta | -- |