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Facoltà di Architettura, Siracusa

Anno accademico 2001/02
Laboratorio di Costruzioni II

Lezioni (modulo di Tecnica delle costruzioni)

Obiettivo del corso è fornire allo studente di Architettura le conoscenze fondamentali necessarie per giudicare la validità strutturale dell'opera da lui concepita, in modo da evitare che questa venga in seguito stravolta quando si passa alla fase di costruzione. L'iter fondamentale di tale giudizio 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 strumenti di calcolo oggi a disposizione tendono a spingere verso 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. Questo aspetto, già importante per gli ingegneri, diventa essenziale per gli architetti, che devono in genere giudicare la sostanziale correttezza strutturale dell'opera, indipendentemente da uno scarto del 20% (in più o in meno) delle dimensioni finali degli elementi strutturali.
Per questo motivo il corso dà sufficiente spazio alle problematiche di modellazione, cercando sempre di individuare gli schemi più 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 e viene semplicemente richiamata, quando necessario, durante il corso. In alcuni casi è comunque utile l'uso di modelli appena un po' più complessi. Per tali casi si fa ricorso a semplici programmi di analisi strutturale, messi a disposizione dal docente, i cui risultati vengono controllati mediante il confronto con schematizzazioni semplificate.

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.
In questa parte del corso, indubbiamente la più ampia, si esaminano innanzitutto 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 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). Viene infine fatto un breve cenno alle strutture in cemento armato precompresso, per evidenziarne le caratteristiche prestazionali.

Applicazioni progettuali
Verranno fatte sia applicazioni collegiali, alla lavagna, che applicazioni individuali; queste ultime saranno comunque revisionate in maniera collegiale, in modo da consentire a tutti gli studenti di trarre frutto dal lavoro svolto dai singoli. A scelta dello studente, è possibile progettare elementi strutturali abbastanza standard oppure esaminare, dimensionare e/o verificare strutture già realizzate, progettate da noti architetti, o strutture ideate dagli studenti stessi.



Le lezioni del corso sono distinte in quattro moduli teorici più un modulo applicativo. Le lezioni di moduli teorici ed applicativi 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:
MOD per indicare il modulo "modellazione strutturale"
AS per indicare il modulo "analisi strutturale"
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"
PRO per indicare il modulo applicativo "progetto di elementi strutturali"

Nel seguito si riporta in maniera dettagliata gli argomenti trattati nelle lezioni svolte, nonché (in blu) gli argomenti che si prevede di svolgere. Questa parte verrà quindi aggiornata man mano durante lo svolgimento del corso.
 
4 ottobre
ore 18-18.30
--- Introduzione
4 ottobre
ore 18.30-20
(A. Perretti)
MOD Modellazione strutturale: approccio generale; esame di alcune strutture esistenti ed individuazione dei modelli geometrici e di carico (in particolare, individuazione di una gerarchia di elementi)
5 ottobre
ore 8.30-10.30
--- Presentazione del corso; introduzione storica e problematiche trattate
Fasi del lavoro:  oggetto - modello - analisi strutturale - verifica
Brevi richiami a argomenti di Scienza delle costruzioni (risoluzione di semplici schemi iperstatici, congruenza)
5 ottobre
ore 11-13
(A. Perretti)
MOD Modellazione strutturale - applicazione ad un caso concreto (ombrelloni del bar in Piazza Duomo): modello geometrico; carichi; caratteristiche della sollecitazione; formule di verifica (richiamo dalla Scienza delle costruzioni)
Vincoli ideali (cerniera, incastro) e reali (incastro cedevole, ecc.)
10 ottobre
ore 15-17
ACC Acciaio: composizione chimica; prova trazione e diagramma sigma-epsilon; tipi di acciaio; tipologia degli elementi in acciaio
12 ottobre
ore 15-17
ACC Coefficienti di sicurezza; tensioni ammissibili
Verifiche di resistenza in presenza di sola trazione (richiami di Scienza delle costruzioni e applicazioni alle sezioni in acciaio); progetto della sezione ed uso dei sagomari
12 ottobre
ore 17-19
--- Lezione sospesa per concomitante seminario
18 ottobre
ore 18-20
ACC Verifiche di resistenza in presenza di flessione (richiami di Scienza delle costruzioni e applicazioni alle sezioni in acciaio); progetto della sezione
19 ottobre
ore 8-10
ACC Verifiche di resistenza in presenza di tensoflessione
Verifiche di resistenza in presenza di taglio (formula di Jouravski e diagramma delle tensioni tangenziali, criterio di VonMises e tensione ideale)
19 ottobre
ore 11-13
ACC Modello del materiale elastico-perfettamente plastico: resistenza in presenza di sforzo normale; resistenza in presenza di momento flettente (diagramma delle tensioni, fattore di forma)
24 ottobre
ore 11-13
ACC Applicazioni a semplici schemi strutturali in acciaio - edificio: solaio in lamiera, travi secondarie, travi principali, pilastri; calcolo delle deformazioni
26 ottobre
ore 15-17
ACC Applicazioni a semplici schemi strutturali in acciaio - scala (con due pilastri): gradino, trave a ginocchio, trave a sbalzo dal pilastro, pilastro
26 ottobre
ore 17-19
ACC Passaggio da un modello lineare ad un modello elastoplastico del materiale: problematiche; sviluppo storico fino al metodo degli stati limite; cenno alla normativa europea
2 novembre
ore 8-10 e 11-13
--- Lezione non tenuta per concomitante seminario
7 novembre
ore 11-13
ACC Verifiche di resistenza allo stato limite ultimo: trazione, flessione semplice, taglio
9 novembre
ore 15-17
ACC Verifiche di resistenza allo stato limite ultimo: flessione composta
Imperfezioni meccaniche e geometriche
9 novembre
ore 17-19
ACC Influenza delle imperfezioni meccaniche e geometriche sul comportamento per carichi di esercizio e sul comportamento ultimo
Instabilità di aste compresse
15 novembre
ore 18-20
(A. Perretti)
ACC Tipologie di collegamenti bullonati
Scale
Edifici industriali
16 novembre
ore 8-10
ACC Verifiche di aste compresse
16 novembre
ore 11-13
ACC I collegamenti: collegamenti chiodati, bullonati e saldati; vantaggi e svantaggi dei due tipi di collegamento
Unioni saldate: procedimenti di saldatura; imperfezioni; controllo delle imperfezioni; saldature a completa o parziale penetrazione; saldature a cordoni d'angolo; verifica delle saldature
21 novembre
ore 11-13
ACC Saldature a completa penetrazione: I classe e II classe
Esempi di calcolo e verifica di saldature a cordone d'angolo
Collegamenti a parziale e a totale ripristino di resistenza
23 novembre
ore 15-17
ACC I bulloni: caratteristiche geometriche (diametro, filettatura, area nominale e resistente), serraggio
Unioni bullonate: modalità di funzionamento (a taglio, a trazione, per attrito)
Comportamento delle unioni a taglio; rifollamento della lamiera
23 novembre
ore 17-19
ACC Comportamento delle unioni a trazione; punzonamento
Comportamento delle unioni ad attrito (per i carichi di esercizio, per i carichi ultimi)
Problemi relativi alla verifica di aste tese collegate mediante bulloni: verifica della sezione forata; disassamento tra asse dell'asta e asse dei bulloni
29 novembre
ore 18-20
ACC Unioni bullonate: classi dei bulloni
Unioni a taglio: formule per la verifica del bullone; formule per la verifica a rifollamento della lamiera
30 novembre
ore 8-10
ACC Esempio di progetto di unione a taglio
Unioni a trazione: formule per la verifica del bullone; formule per la verifica a punzonamento della lamiera
30 novembre
ore 11-13
ACC Esempio di progetto di unione a trazione
Unioni ad attrito
5 dicembre
ore 11-13
ACC Esempi di collegamenti bullonati: collegamento trave-colonna; collegamento trave-trave; collegamento colonna-fondazione
7 dicembre
ore 15-17
--- Lezione non tenuta per malattia docente
14 dicembre
ore 8-10 e 11-13
(F. Neri, S. Pantano)
PRO Applicazioni progettuali su strutture in acciaio, svolte da gruppetti di studenti (tre per gruppo)
19 dicembre
ore 11-13
ACC Instabilità locale delle parti compresse di una sezione e sua influenza sul comportamento delle sezioni e sulla loro classificazione
Instabilità globale di telai
21 dicembre
ore 15-17 e 17-18
PRO Applicazioni progettuali su strutture in acciaio, svolte da gruppetti di studenti (tre per gruppo)
10 gennaio
ore 18-20
CA Comportamento del calcestruzzo sotto carichi di breve durata: resistenza a compressione; controlli di accettazione del calcestruzzo; resistenza a trazione; modulo elastico; legame tensioni-deformazioni per verifica della sezione
Modelli di comportamento del calcestruzzo: primo stadio, secondo stadio, terzo stadio; valori ammissibili e valori di calcolo delle tensioni
11 gennaio
ore 8-10
CA Comportamento del calcestruzzo nel tempo: ritiro; deformazioni viscose
Acciaio per cemento armato ordinario: caratteristiche; valori ammissibili e valori di calcolo delle tensioni; aderenza acciaio-calcestruzzo; lunghezza di ancoraggio e di sovrapposizione; ricoprimento e distanza tra le barre
11 gennaio
ore 11-13
CA Sforzo normale, flessione semplice, flessione composta: ipotesi di base del cemento armato (mantenimento delle sezioni piane, perfetta aderenza acciaio calcestruzzo)
Studio del comportamento nel primo e secondo stadio: omogeneizzazione della sezione
Sforzo normale nel primo stadio: diagramma di tensioni; determinazione dello sforzo normale di trazione che induce la fessurazione
Sforzo normale nel secondo stadio: verifica della sezione; progetto della sezione e dell'armatura
16 gennaio
ore 11-13
CA Sforzo normale nel secondo stadio:  staffe; indicazioni di normativa
Sforzo normale nel terzo stadio: verifica della sezione
18 gennaio
ore 15-16.30
CA Sforzo normale nel terzo stadio: progetto della sezione e dell'armatura; indicazioni di normativa; confronto tra la progettazione col metodo delle tensioni ammissibili e col metodo dello stato limite ultimo
18 gennaio
ore 16.30-17
PRO Valutazione dei carichi sulle travi e dello sforzo normale nei pilastri
18 gennaio
ore 17-19
CA Flessione semplice nel primo stadio
Flessione semplice nel secondo stadio: verifica di sezione rettangolare
24 gennaio
ore 18-20
CA Flessione semplice nel secondo stadio: verifica di sezione riconducibile alla rettangolare (sezione a T); progetto di sezione rettangolare a semplice armatura e a doppia armatura
25 gennaio
ore 8-10
CA Flessione semplice nel secondo stadio: progetto dell'armatura
Flessione semplice nel terzo stadio: impostazione generale (diagramma delle tensioni, risultante delle tensioni di compressione); progetto di sezione rettangolare a semplice armatura
25 gennaio
ore 11-12
CA Flessione semplice nel terzo stadio: progetto di sezione rettangolare a semplice e doppia armatura
25 gennaio
ore 12-13
PRO Dimensionamento, progetto e disposizione delle armature in una trave continua
30 gennaio
ore 11-13
CA Flessione semplice: verifica di sezione rettangolare nel terzo stadio; confronto tra la progettazione col metodo delle tensioni ammissibili e col metodo dello stato limite ultimo
1 febbraio
ore 15-19
--- Lezione non tenuta su richiesta degli studenti, per la prossimità con l'inizio della sessione di esami
7 marzo
ore 18-20
CA Flessione composta: richiami di Scienza delle costruzioni; nocciolo d'inerzia
Flessione composta retta nel secondo stadio - sezione rettangolare: individuazione dei noccioli d'inerzia; verifica per sezione tutta tesa o tutta compressa; individuazione dell'asse neutro e verifica per sezione parzializzata
8 marzo
ore 8-10
CA Lezione non fatta, per motivi personali
8 marzo
ore 11-13
CA Lezione non fatta, per motivi personali
14 marzo
ore 11-13
(F. Neri)
CA Taglio nel primo e secondo stadio: determinazione delle tensioni tangenziali
Taglio nel secondo stadio: limiti di normativa
15 marzo
ore 15-17
CA Taglio nel secondo stadio: modelli per il calcolo delle armature
Taglio nel terzo stadio: resistenza della sezione non armata (modello a pettine); resistenza della sezione armata (modello normale); progetto delle armature; confronto tra la progettazione col metodo delle tensioni ammissibili e col metodo dello stato limite ultimo
15 marzo
ore 17-19
CA Taglio nel terzo stadio: resistenza della sezione non armata (modello a pettine)
21 marzo
ore 11-13
CA Taglio nel terzo stadio: resistenza della sezione armata (modello normale); progetto delle armature; confronto tra la progettazione col metodo delle tensioni ammissibili e col metodo dello stato limite ultimo
22 marzo
ore 8-10
CA Problematiche generali di modellazione strutturale ed esempi applicativi
Punzonamento: confronto col taglio; indicazioni di normativa per modello lineare e non lineare di comportamento del materiale
22 marzo
ore 11-13
CA Flessione composta: domini di resistenza alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo; modalità di costruzione dei domini; uso dei domini per la progettazione e verifica di sezioni
28 marzo
ore 11-13
CA Stato limite di tensioni di esercizio: verifica; limiti di normativa; necessità (o meno) di questa verifica
Stato limite di fessurazione: momento (o sforzo normale) di decompressione e di fessurazione; tensione nell'armatura prima e dopo la fessurazione;armatura necessaria per evitare lo snervamento all'atto della fessurazione; altre indicazioni dell'EC2 per garantire una accettabile fessurazione; determinazione dell'ampiezza della fessura; tension stiffening
Stato limite di deformazione: limiti di normativa; determinazione della freccia
29 marzo
ore 15-17
--- Lezione non tenuta
29 marzo
ore 17-19
--- Lezione non tenuta
4 aprile
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Tipologie degli elementi strutturali (solai, sbalzi, travi, pilastri, fondazioni) - 1
5 aprile
ore 8-10
(A. Perretti)
PS Tipologie degli elementi strutturali (solai, sbalzi, travi, pilastri, fondazioni) - 2
5 aprile
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Tipologie degli elementi strutturali (solai, sbalzi, travi, pilastri, fondazioni) - 3
Applicazioni: la casa Kaufmann - introduzione
11 aprile
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Tecnica costruttiva muraria (assemblaggio; gerarchia costruttiva, connessioni; caratteristiche meccaniche del materiale e dell’assemblaggio)
12 aprile
ore 8-10
(C. Carocci)
Sv.st. Tecnica costruttiva muraria (le tipologie murarie storiche; la regola dell’arte muraria nella definizione dei trattati di architettura; la qualità meccanica e modellazione delle murature in pietra grezza)
12 aprile
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Tecnica costruttiva muraria (gli elementi strutturali: la parete, la parete isolata, la parete con contrafforti, la parete trattenuta dalla copertura, l’architrave, l’arco)
18 aprile
ore 11-13
(A. Perretti)
PS La casa Kaufmann - schematizzazione
19 aprile
ore 8-10
(A. Perretti)
PS La casa Kaufmann - analisi dei carichi e calcolo di un solaio
19 aprile
ore 11-13
(A. Perretti)
PS La casa Kaufmann - analisi dei carichi e calcolo di una trave
25 aprile
ore 11-13
--- vacanza
26 aprile
ore 8-10
(C. Carocci)
Sv.st. Introduzione storica alla tecnica costruttiva del ferro 
Il clima; la produzione del ferro a larga scala; le principali ricadute sui sistemi costruttivi tradizionali
26 aprile
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Gli elementi strutturali e esempi di realizzazioni significative
Edilizia speciale (esempi di ponti e grandi coperture) e edilizia convenzionale (esempi di edifici in struttura metallica e muratura)
2 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS La casa Kaufmann - calcolo di pilastri e plinti
3 maggio
ore 8-10
(A. Perretti)
PS Applicazioni in aula
3 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Applicazioni in aula
9 maggio
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (Il viadotto Garabit di Eiffel)
10 maggio
ore 8-10
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (Il ponte sul Menai di Telford)
10 maggio
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (La “Galeries des Machines” di Dutert e Contamin a Parigi e la “Turbinenhalle” di Behrens a Berlino)
16 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Carpenteria, con dettagli progettuali
17 maggio
ore 8-10
(A. Perretti)
PS Carpenteria, con dettagli progettuali
17 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Elementi strutturali prefabbricati
23 maggio
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (il “Museo geologico” di Roma)
24 maggio
ore 8-10
(C. Carocci)
Sv.st. Introduzione storica alla tecnica costruttiva del calcestruzzo armato
24 maggio
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Gli elementi strutturali e esempi di realizzazioni significative
30 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Strutture resistenti ad azioni orizzontali
31 maggio
ore 8-10
(A. Perretti)
PS Predimensionamento di strutture civili e industriali
31 maggio
ore 11-13
(A. Perretti)
PS Predimensionamento di strutture civili e industriali
6 giugno
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (la “casa del fascio” di Terragni a Como)
7 giugno
ore 8-10
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali (La “casa della G.I.L.” di Moretti a Roma)
7 giugno
ore 11-13
(C. Carocci)
Sv.st. Esempi di lettura su opere reali

Riferimenti bibliografici per il modulo tenuto dall'arch. Carocci:

L’architettura della grande luce, T. Giura Longo (a cura di), Roma, 1993
Storia dell’architettura moderna, L. Benevolo, Bari, 1960
Spazio, tempo, architettura, Gideon
L’architettura del ferro (la Francia), G. Roisecco, Roma
L’architettura del ferro (l’Inghilterra), G. Roisecco, Roma
La visione di una nuova architettura, P. Collins, Milano, 1965