Università di Catania | Facoltà di Ingegneria | DICA | Sezione di Ingegneria Strutturale | Costruzioni II
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