Università di Catania
Corso di laurea in ingegneria edile - architettura
Corsi di Tecnica delle costruzioni e Laboratorio di Tecnica delle costruzioni
Anno accademico 2015/16
Lezioni
Obiettivo del corso 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 seguiranno quindi le tre fasi (modellazione, analisi strutturale, verifica strutturale) di seguito descritte, che verranno 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, nel primo
semestre
del
corso. E' infatti essenziale per l'ingegnere riuscire a padroneggiare schemi
semplici, valutandone con rapidità le caratteristiche di sollecitazione,
calcolandone le deformazioni e tracciando, anche qualitativamente, i diagrammi
delle caratteristiche di sollecitazione e la deformata della struttura.
Per schemi più complessi, dalla trave continua ai telai piani, 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 primo
semestre 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 del primo semestre 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).
Applicazioni
progettuali
Nell'ambito del Laboratorio di Tecnica delle costruzioni
vengono fatte nel secondo semestre, sia per le strutture in acciaio che per quelle in cemento
armato, applicazioni collegiali, sviluppate alla lavagna. Inoltre
verranno assegnati agli studenti progetti da svolgere individualmente;
chiarimenti su questi ultimi potranno essere ricevuti durante le ore di
Laboratorio o nelle ore di ricevimento del docente del Laboratorio.
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 grigio le lezioni che si prevede di fare, in blu le lezioni già fatte. Il numero sulla destra indica il numero totale (progressivo) di ore di lezione effettuate.
Le lezioni del corso sono raggruppate in moduli, alcuni teorici ed altri a carattere progettuale.
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: | |
AS | per indicare il modulo "analisi strutturale" |
VS | per indicare il modulo "verifica strutturale" (parte comune ad acciaio e cemento armato) |
ACC | per indicare il modulo "verifica e progetto di elementi in acciaio" |
CA | per indicare il modulo "verifica e progetto di elementi in cemento armato ordinario" |
MOD | per indicare il modulo "modellazione delle strutture" - questa parte è svolta nel Laboratorio di Tecnica delle costruzioni |
PrA | per indicare il modulo progettuale "progetto di elementi strutturali in acciaio" - questa parte è svolta nel Laboratorio di Tecnica delle costruzioni |
PrC | per indicare il modulo progettuale "progetto di elementi strutturali in cemento armato ordinario" - questa parte è svolta nel Laboratorio di Tecnica delle costruzioni |
Primo semestre:
Tecnica delle costruzioni
martedì 13 ottobre |
VS |
Presentazione del
corso e sua organizzazione generale |
2 |
martedì 13 ottobre 18-19 |
VS |
Variabilità della resistenza del materiale Variabilità delle azioni sulle costruzioni: carichi permanenti e carichi variabili; variabilità nel tempo |
3 |
martedì 13 ottobre 19-20 |
--- | Ora di lezione non tenuta per concomitante consiglio di dipartimento | --- |
mercoledì 14 ottobre |
VS |
Possibili criteri di verifica: metodo delle tensioni ammissibili; calcolo a rottura |
6 |
giovedì 15 ottobre 8-11 |
--- | Lezione non tenuta per sospensione lezioni dovuta ad allerta meteo | --- |
martedì 20 ottobre 10-12 |
VS |
Analisi probabilistica: determinazione della probabilità di collasso Approccio semiprobabilistico: coefficienti di sicurezza parziali; verifica allo stato limite ultimo
Il metodo degli stati limite: stato limite ultimo e stati limite di
esercizio; tensioni di riferimento e coefficienti di sicurezza nelle
verifiche allo SLU |
8 |
martedì 20 ottobre 18-20 |
ACC |
Acciaio |
10 |
mercoledì 21 ottobre 14-17 |
ACC |
Caratteristiche dei
profilati. Sagomari e loro utilizzo |
13 |
giovedì 22 ottobre 8-11 |
ACC |
Imperfezioni
geometriche e meccaniche Influenza delle imperfezioni sul comportamento e sulla resistenza di aste tese
Compressione Instabilità di asta compressa in campo elastico: formula di Eulero; comportamento critico e postcritico, nell'ipotesi di piccoli spostamenti e per grandi spostamenti; lunghezza libera di inflessione per diverse situazioni di vincolo Instabilità di asta compressa in campo elastico: influenza delle imperfezioni sul comportamento al crescere di N e sul carico critico
Instabilità di asta
compressa, tenendo conto del limite di snervamento: aste perfette, tozze
e snelle; resistenza all'instabilità in presenza di imperfezioni; curve
di instabilità |
16 |
martedì 27 ottobre 10-12 |
ACC |
Instabilità
locale Confronto tra il comportamento di aste compresse e lastre compresse; carico critico; comportamento post-critico Modellazione semplificata del comportamento ultimo; concetto di larghezza efficace; determinazione della larghezza efficace Flessione semplice retta Comportamento di sezioni simmetriche soggette a flessione in campo elastico ed in campo plastico (in assenza di fenomeni di instabilità locale); diagramma delle tensioni e posizione dell'asse neutro nei due casi; momento resistente allo SLU |
18 |
martedì 27 ottobre 12-13 |
ACC |
Recupero della
lezione non tenuta per allerta meteo Comportamento di sezioni non simmetriche soggette a flessione in campo elastico ed in campo plastico: diagramma delle tensioni e posizione dell'asse neutro nei due casi |
19 |
martedì 27 ottobre 18-20 |
ACC |
Flessione semplice
retta (segue) Comportamento di sezioni non simmetriche soggette a flessione in campo plastico: momento resistente allo SLU Classificazione delle sezioni e relativi limiti del rapporto c/t; sforzo normale e momento resistente per le varie classi; esempi di classificazione per sezioni simmetriche e non; determinazione della sezione efficace nel caso di sezioni di classe 4 |
21 |
mercoledì 28 ottobre 14-17 |
ACC |
Flessione semplice
retta (segue) Flessione semplice retta: influenza delle imperfezioni; influenza di fori nell'ala Verifica agli stati limite di esercizio (spostamenti) di elementi soggetti a flessione; applicazioni numeriche Progetto di sezioni e aste inflesse; applicazioni numeriche Flessione deviata
Verifica con
materiale a comportamento elastico lineare (tensioni ammissibili, stato
limite ultimo per sezioni di classe 3); dominio di resistenza (curva di
interazione My-Mz) con modello lineare |
24 |
giovedì 29 ottobre |
ACC |
Flessione deviata
(segue) Indicazioni progettuali per la flessione deviata Tensoflessione Richiami di Scienza delle costruzioni: verifica a tensoflessione; dominio di resistenza M-N in campo elastico Comportamento della sezione soggetta a tensoflessione oltre il limite elastico Verifica a tensoflessione allo stato limite ultimo: determinazione di x corrispondente a NEd; determinazione del corrispondente MN,Rd Costruzione del dominio di resistenza M-N allo stato limite ultimo: criterio generale; applicazione alla sezione rettangolare; applicazione alla sezione a doppio T sollecitata nel piano di maggior resistenza Formule di normativa per la verifica a tensoflessione per sezione a doppio T sollecitata nel piano di maggior resistenza; sezione a doppio T sollecitata nel piano debole |
27 |
martedì 3 novembre 10-12 |
ACC |
Tensoflessione
(segue) |
29 |
martedì 3 novembre 12-13 |
ACC |
Recupero della
lezione non tenuta per allerta meteo Normativa italiana ed europea; metodi A e B; applicazioni numeriche Verifica di aste pressoinflesse: momento equivalente nel caso di diagramma di M lineare |
30 |
martedì 3 novembre 18-20 |
ACC |
Pressoflessione
(segue) |
32 |
mercoledì 4 novembre 14-17 |
ACC |
Collasso per taglio; verifica alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo;
applicazioni
numeriche Taglio e flessione Influenza del taglio sulla resistenza a flessione Torsione Torsione primaria (alla De Saint Venant); torsione secondaria (alla Vlasov) Instabilità flesso-torsionale Spiegazione fisica dell'instabilità flesso-torsionale Formule per la valutazione del momento critico flesso-torsionale; momento resistente in presenza di instabilità flesso-torsionale Collegamenti Tipologie: collegamenti saldati e bullonati; collegamenti saldati, a completa penetrazione e a cordone d'angolo; collegamenti bullonati |
35 |
giovedì 5 novembre |
ACC |
Collegamenti (segue) Collegamenti bullonati, con bulloni che lavorano a taglio o a trazione, oppure collegamenti bullonati ad attrito Caratteristiche dei bulloni: diametro, area nominale e area resistente, classe; prescrizioni sulla distanza tra i fori Collegamenti con bulloni sollecitati a taglio: rottura a taglio del bullone; rifollamento della lamiera Collegamenti con bulloni sollecitati a taglio: verifica e progetto; applicazioni numeriche |
38 |
martedì 10 novembre 10-12 |
ACC |
Collegamenti (segue) Collegamenti a parziale e completo ripristino di resistenza Collegamenti ad attrito: verifica e progetto; motivazione dei collegamenti ad attrito; applicazioni numeriche Collegamenti con bulloni sollecitati a trazione: rottura a trazione del bullone; punzonamento della lamiera Collegamenti con bulloni sollecitati a trazione: verifica e progetto; applicazioni numeriche Collegamenti con bulloni sollecitati a trazione e taglio |
40 |
martedì 10 novembre 12-13 |
ACC |
Recupero della
lezione non tenuta per allerta meteo Collegamenti saldati Tecniche di saldatura; imperfezioni; domini di resistenza sperimentali; domini di resistenza semplificati per la verifica allo stato limite ultimo |
41 |
martedì 10 novembre 18-20 |
ACC |
Collegamenti
saldati (segue) Formule di normativa (dominio sferico ed ellissoidale) Applicazioni numeriche: saldatura che trasmette una forza parallela al cordone; saldatura che trasmette una forza perpendicolare al cordone; confronto tra i risultati ottenuti con dominio sferico ed ellissoidale Collegamenti tra elementi strutturali Collegamento trave-trave in linea: mediante piatti d'ala e d'anima; raddoppio dei piatti d'ala; verifica del piatto forato; collegamento mediante flangia. Collegamento tra asta a C o L (tesa/compressa) e piatto, mediante bullonatura; verifica della sezione per tener conto del momento indotto dalla non simmetria del collegamento. |
43 |
mercoledì 11
novembre 14-17 |
ACC |
Collegamenti
tra elementi strutturali (segue) Collegamento tra asta a C o L (tesa/compressa) e piatto, mediante saldatura; particolarità in caso di sezione a L, progetto dei cordoni di saldatura di differente lunghezza, resistenza del collegamento nel caso che i cordoni abbiano uguale lunghezza Collegamento tra travi perpendicolari con angolari (con estradosso uguale) a cerniera, cioè per trasmettere taglio; verifica per tranciamento a blocco (block tearing) Collegamento trave-colonna con angolari (a cerniera, cioè per trasmettere taglio); posizione della cerniera ideale e momenti parassiti Collegamento trave-colonna per trasmettere taglio e momento flettente: collegamento con angolari (o profili a T); collegamento flangiato |
46 |
giovedì 12 novembre 8-11 |
ACC |
Collegamenti
tra elementi strutturali (segue) Analisi e progetto di collegamenti colonna-colonna Analisi e progetto di collegamenti per trasmettere torsione Controventi nelle strutture e loro collegamento con la struttura principale Collegamento trave-colonna flangiato; sollecitazioni flessionali nella flangia; influenza dell'effetto leva Verifiche di resistenza da effettuare nel collegamento trave-colonna flangiato: verifica a trazione dei bulloni; verifica a flessione della flangia; verifica a flessione dell'ala della colonna; verifica a trazione dell'anima della colonna; verifica a compressione dell'anima della colonna; verifica a taglio dell'anima della colonna Deformazione dei diversi componenti di un collegamento trave-colonna flangiato; irrigidimenti Nodi rigidi, semirigidi e a cerniera |
49 |
martedì 17 novembre |
AS |
Da oggi orario
modificato su richiesta degli studenti |
53 |
mercoledì 18
novembre |
AS |
Relazioni per
l'applicazione del metodo degli spostamenti per
schemi di trave continua |
56 |
giovedì 19 novembre |
AS |
Trave su suolo elastico |
59 |
martedì 24 novembre |
CA |
Il calcestruzzo
Aspetti tecnologici:
composizione, confezione, getto, presa, indurimento; caratteristiche
degli ingredienti: cementi, inerte, acqua, additivi; mix-design. |
63 |
mercoledì 25
novembre |
CA |
L'acciaio per cemento armato ordinario
Caratteristiche
meccaniche: prova a trazione, legame costitutivo sperimentale, tipi di acciaio
del passato; tipi di acciaio attuali. |
66 |
giovedì 26 novembre |
CA |
Durabilità delle
strutture in cemento armato (segue)
Protezione delle strutture in c.a. attraverso la scelta delle
caratteristiche del calcestruzzo e dello spessore del ricoprimento. |
69 |
martedì 1 dicembre |
CA |
Calcestruzzo
confinato |
73 |
mercoledì 2 dicembre |
CA |
Sforzo normale (segue)
Pilastri cerchiati, resistenza; evoluzione delle formule per valutarla.
Modello lineare,
primo stadio; fessurazione; momento di fessurazione. |
76 |
giovedì 3 dicembre |
CA |
Flessione semplice
(segue) Modello lineare, secondo stadio: verifica di sezione riconducibile alla rettangolare e di sezione generica; verifica di sezione a T. Modello non lineare: impostazione generale; coefficienti beta e kappa per sezione parzializzata; valori di beta e kappa per sezione rettangolare; modelli approssimati (tensione costante per l'80% della zona compressa). Verifica di sezione rettangolare a semplice armatura. |
79 |
martedì 8 dicembre |
|
giorno festivo |
--- |
mercoledì 9 dicembre |
CA |
Flessione semplice
(segue) |
82 |
giovedì 10 dicembre 8-11 |
--- | Lezione non tenuta per motivi personali | --- |
martedì 15 dicembre |
CA |
Flessione semplice
(segue) Progetto di sezione rettangolare a doppia armatura; progetto dell'armatura tesa e dell'armatura compressa. Indicazioni progettuali; esempi di progetto di sezione ed armatura, trave emergente, trave a spessore. Flessione composta Richiami di Scienza delle costruzioni: formule trinomie e monomie; nocciolo d'inerzia. Flessione composta retta nel primo stadio. |
86 |
mercoledì 16
dicembre |
CA |
Flessione composta
(segue) |
89 |
giovedì 17 dicembre |
CA |
Flessione composta
(segue) Domini M-N nel secondo stadio: diagrammi limite e campi di comportamento; costruzione dei domini M-N; esempi di domini M-N e loro utilizzo Modello non lineare: impostazione generale; coefficienti beta e kappa per sezione rettangolare tutta compressa; modelli approssimati; applicazioni per sezione di forma rettangolare nel caso di sezione di sezione parzializzata. Verifica allo SLU di sezione di forma rettangolare nel caso di sezione di sezione parzializzata. Verifica allo SLU di sezione di forma rettangolare nel caso di sezione di sezione tutta compressa. |
92 |
giovedì 7 gennaio |
CA |
lezione non tenuta |
--- |
martedì 12 gennaio |
CA |
Flessione composta
(segue) Verifica allo SLU di sezione di forma qualsiasi. Domini M-N nel terzo stadio: costruzione rigorosa per sezioni rettangolari. Domini M-N nel terzo stadio: formule semplificate per sezione rettangolare. Considerazioni generali e indicazioni progettuali nel terzo stadio. Flessione composta deviata nel secondo e terzo stadio. Taglio Modelli di comportamento per il taglio. |
96 |
mercoledì 13 gennaio |
CA |
Taglio (segue)
Valutazione delle tau nel cemento armato, primo stadio;
formula di Jourawski, applicazioni; considerazioni sullo stato tensionale. |
99 |
giovedì 14 gennaio |
CA |
Taglio (segue) Modello lineare: armatura con sagomati; armatura con staffe e ferri di parete; armatura con staffe; confronto tra i diversi modelli. Modello lineare: modello di campi di tensione e necessità di armatura longitudinale (di parete o inferiore), traslazione del diagramma dei momenti. Modello non lineare, terzo stadio; resistenza in assenza di armature (modello a pettine): concetti base, altri contributi e formule di normativa. |
102 |
martedì 19 gennaio |
CA |
Taglio (segue) Modello non lineare, terzo stadio: resistenza in assenza di armature, applicazioni Resistenza in presenza di armature: differenza tra traliccio isostatico e iperstatico. Modello non lineare, terzo stadio: inclinazione variabile del traliccio; verifica a taglio; progetto delle armature a taglio.
Punzonamento |
106 |
mercoledì 20 gennaio |
CA |
Punzonamento (segue) Sezione omogenea: valutazione delle tau per sezione rettangolare e tubolare. |
109 |
giovedì 21 gennaio |
CA |
Torsione (segue)
Modello non lineare: resistenza della sezione:
resistenza dell'armatura.
Verifica a taglio e
torsione |
112 |
martedì 26 gennaio |
CA |
Stati limite di
esercizio (segue) |
116 |
mercoledì 27 gennaio |
|
Esempi di svolgimento compito scritto |
118.5 |
giovedì 28 gennaio |
|
Esempi di svolgimento compito scritto |
121 |
Secondo semestre: Laboratorio di Tecnica delle costruzioni
Nota: ancora da definire.