Facoltà di Architettura, Siracusa

Laboratorio di Costruzioni II
Anno accademico 2005/06

Finalità del Laboratorio di costruzioni II

La capacità di valutare il comportamento strutturale di un’opera è una parte importante della preparazione di un architetto. Essa infatti serve, come minimo, ad evitare che l’opera da lui concepita venga in seguito stravolta quando si passa alla fase di realizzazione. Ma, ancor più, dovrebbe essere perfettamente integrata a tutti gli aspetti che intervengono nella concezione dell’opera o addirittura costituirne uno degli elementi più stimolanti. Si può constatare che tutte le opere più interessanti e innovative dell’architettura, in particolare di quella contemporanea, costituiscono una mirabile sintesi di aspetti compositivi, funzionali, tecnologici e strutturali. Del resto, la dicotomia tra architetti ed ingegneri (i primi visti come coloro che concepiscono idee grandiose, ma campate in aria; i secondi come persone con i piedi per terra ma senza un briciolo di immaginazione) è purtroppo un difetto tipicamente italiano, che non trova corrispondenza nel resto del mondo.

Il processo mentale che porta a giudicare la validità strutturale di un’opera, o ad idearla contestualmente ad aspetti compositivi, richiede il passaggio dall’oggetto ad un modello (geometrico e di carico) che verrà calcolato e verificato. Si noti che lo stesso processo mentale viene usato, anche se con livelli di approfondimento diverso, sia nella ideazione dell’opera e nel suo dimensionamento di massima (cioè in quello che è realmente il progetto) che nel suo controllo finale (in quello che viene in genere denominato col termine – che mi sembra restrittivo – di calcolo delle strutture).

La Statica affronta i primi aspetti dell’analisi strutturale definendo i vincoli, le caratteristiche di sollecitazione e le condizioni di equilibrio, consentendo così di analizzare le strutture isostatiche. Dovrebbe contemporaneamente curare l’aspetto modellazione, mostrando quali oggetti reali possono essere schematizzati come strutture isostatiche. Forse quest’ultimo aspetto è stato un po’ trascurato nel passato, ma non lo sarà nell’immediato futuro.

La Scienza delle costruzioni introduce il concetto di deformazione, consentendo così di valutare spostamenti e rotazioni di schemi isostatici e di risolvere quindi gli schemi iperstatici. Introduce inoltre il concetto di tensione, le relazioni tra caratteristiche della sollecitazione e stato tensionale, i criteri con i quali verificare la resistenza. Dovrebbe contemporaneamente curare anche l’aspetto modellazione, mostrando quali oggetti reali possono essere schematizzati come strutture iperstatiche o come strutture continue, piane o spaziali. Anche in questo caso, una maggiore attenzione all’aspetto modellazione sarà sicuramente prestata nei corsi che verranno.

Il Laboratorio di costruzioni II, con i suoi moduli di Tecnica delle costruzioni, Teoria e tecniche costruttive nel loro sviluppo storico, Progetto di strutture, completa il percorso formativo sviluppando l’analisi strutturale con un riferimento più preciso a tipologie comuni e soprattutto legando la verifica strutturale a tecniche e materiali di uso comune (in particolare acciaio e cemento armato) e fornendo criteri per il dimensionamento delle strutture. Particolare attenzione è data alla modellazione, specialmente per colmare eventuali lacune lasciate da corsi precedenti, ed alle applicazioni progettuali (partendo dal principio che fare è il modo migliore per imparare).

Attività del Laboratorio di costruzioni II

Il Laboratorio prevede lezioni, che riguardano i tre aspetti citati di modellazione, analisi strutturale, verifica strutturale, nonché lo sviluppo storico delle teorie e tecniche costruttive, ed attività progettuali da svolgere in aula (con eventuale completamento a casa).

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 soprattutto 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 modulo 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 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 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).

Teorie e tecniche costruttive nel loro sviluppo storico

Lo studio delle tecniche costruttive e del loro sviluppo storico, in particolare nel diciannovesimo e ventesimo secolo, costituisce una base importante per meglio comprendere sia gli aspetti relativi alla modellazione che quelli relativi alla verifica strutturale, strettamente connessi alle tecniche costruttive ed ai materiali utilizzati. Altrettanto interessante è la sequenza dello sviluppo della scienza delle costruzioni che, tra tanto fortunato empirismo, ha accompagnato ogni momento della rivoluzione industriale.

Applicazioni progettuali

Sia per le strutture in acciaio che per quelle in cemento armato verranno mostrati vari esempi applicativi. Agli studenti verranno poi assegnati progetti da svolgere individualmente, seguendo le indicazioni generali fornite. Gli studenti potranno impostare il lavoro nell’ambito di apposite ore del corso, alla presenza contemporanea dei docenti dei diversi moduli, che saranno disponibili per chiarimenti. Il lavoro potrà essere completato al di fuori delle ore di lezione; saranno comunque previste ulteriori ore per la revisione dei lavori svolti, revisione da effettuare sui progetti individuali ma alla presenza collegiale degli studenti, in modo da consentire a tutti di trarre frutto dal lavoro svolto dai singoli.

Seguire il Laboratorio di costruzioni II

Come è ben noto, il regolamento di Facoltà impone agli studenti l’obbligo di frequentare con assiduità le lezioni del Laboratorio. Gli studenti presenti a ciascuna lezione dovranno pertanto apporre una firma nell’apposito registro. Gli studenti sono inoltre tenuti a completare entro il termine delle lezioni gli elaborati progettuali che verranno loro richiesti. Potrà sostenere l’esame solo chi sarà stato attivamente presente per almeno il 70% delle lezioni ed avrà completato gli elaborati progettuali entro il termine delle lezioni. A fine corso verrà ufficialmente reso noto l’elenco degli studenti che hanno ottemperato l’obbligo della frequenza e sono quindi ammessi a sostenere l’esame. Chi non ha rispettato le condizioni sopra indicate dovrà seguire nuovamente l’intero corso.

Poiché il Laboratorio richiede un’attività progettuale concreta, che può essere portata avanti solo da chi ha ben compreso quanto viene spiegato, ha senso frequentare il Laboratorio solo se si possiede una adeguata preparazione sugli argomenti di Statica e Scienza delle costruzioni che costituiscono prerequisiti essenziali per la Tecnica delle costruzioni (si veda l'elenco di argomenti considerati essenziali). Si ricorda inoltre che gli studenti dovrebbero mirare sempre a sostenere l’esame nel primo periodo immediatamente successivo al corso. Non ha quindi senso seguire le lezioni del Laboratorio di costruzioni II se non si ha già superato l’esame di Scienza delle costruzioni, o almeno se non si hanno fondate speranze di superarlo entro il mese di febbraio 2006. Ancor meno, ovviamente, se si deve ancora sostenere l’esame di Statica.

Suddivisione del Laboratorio di costruzioni II

Poiché quest’anno il corso è sdoppiato, a causa del numero elevato di studenti, gli studenti il cui cognome inizia con le lettere A-L seguiranno il corso A, in cui il docente del modulo Tecnica delle costruzioni è Fabio Neri; gli studenti il cui cognome inizia con le lettere M-Z seguiranno invece il corso B, in cui il docente del modulo Tecnica delle costruzioni è Edoardo Marino.

Entrambi i corso (A e B) inizieranno mercoledì 5 ottobre.

Esami del Laboratorio di costruzioni II

Il Laboratorio di costruzioni II prevede un esame finale che, in linea di massima, riguarderà contemporaneamente tutti gli argomenti trattati e prevedrà una parte scritta, a carattere progettuale, ed una parte orale. Per venire incontro agli studenti, si consentirà a chi è interessato di sostenere a febbraio una prova parziale che accerti la padronanza dei prerequisiti, la capacità di modellazione e di analisi di strutture semplici, la capacità progettuale relativa a strutture in acciaio. Chi supera positivamente questa prova potrà sostenere a luglio o settembre un esame solo sull’ultima parte, che riguarda le strutture in cemento armato. Il voto finale terrà ovviamente conto anche dell’esito della prima prova.

Obiettivi dei docenti del Laboratorio di costruzioni II

I docenti dei diversi moduli che costituiscono il Laboratorio di costruzioni II dedicheranno il massimo impegno per conseguire i seguenti obiettivi:

-     Che il 100% degli studenti iscritti al Laboratorio che hanno superato entro fine febbraio 2005 l’esame di Scienza delle costruzioni soddisfi i requisiti di frequenza e di completamento degli elaborati progettuali nei tempi richiesti, in modo da essere ammessi a sostenere l’esame.

-     Che almeno il 50% degli studenti ammessi a sostenere l’esame superi tale esame entro fine luglio 2005.

-     Che almeno l’80% degli studenti ammessi a sostenere l’esame superi tale esame entro fine settembre 2005.