1015707 - TECNICA DELLE COSTRUZIONI
Modulo 1015708 - MOD. A

Premessa

Il corso di Tecnica delle costruzioni è diviso in due moduli (A e B) e viene svolto in maniera integrata. Stante l’unità dei due moduli vengono qui riportate anche indicazioni generali valide per entrambi i moduli.

Obiettivo del corso è fornire allo studente 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 (e progetto, che è l'operazione inversa della verifica). Queste tre fasi, di seguito sinteticamente descritte, 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. Per ovviare a questo problema, 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 che siano appropriati ma contemporaneamente 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. È 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 che comprendono casi in cui il materiale è omogeneo (acciaio) e casi nei quali non lo è (cemento armato), con comportamento che dal lineare passa al non lineare od elastoplastico.
In particolare, nel modulo A si esaminano gli elementi strutturali in acciaio e nel modulo B gli elementi strutturali in cemento armato. Introdotto in generale il problema di verifica della sicurezza, si mostra in che modo 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.

Applicazioni progettuali

Nell’ambito del corso vengono fatte applicazioni collegiali, sviluppate alla lavagna. Inoltre verranno assegnati agli studenti progetti da svolgere; chiarimenti su questi ultimi potranno essere ricevuti durante le ore di ricevimento del docente.

L'insegnamento prevede sia lezioni teoriche relative agli argomenti riportati nel programma che lezioni applicative che forniscono indicazioni progettuali concrete.

Si precisa che qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Il corso di Tecnica delle costruzioni si inserisce in un filone di studi che prevede stretti legami tra argomenti trattati in corsi differenti. In particolare è molto forte la consequenzialità con argomenti trattati nel corso di Scienza delle costruzioni. Ma, al di là delle imposizioni, l’attività progettuale che viene svolta nel corso di Tecnica delle costruzioni può essere portata avanti solo da chi ha ben compreso quanto viene spiegato; ha quindi senso frequentarlo solo se si possiede una adeguata preparazione sugli argomenti di Scienza delle costruzioni che costituiscono prerequisiti essenziali per la Tecnica delle costruzioni.

Elenco quindi alcuni argomenti, studiati in corsi precedenti, indispensabili per il corso di Tecnica delle costruzioni.

Geometria delle masse.
Area; baricentro; momento statico; momento d’inerzia; teoremi di trasporto.

Concetti base di Scienza delle costruzioni.
Tensioni normali e tangenziali; deformazioni; relazione tra tensioni e deformazioni; modulo di elasticità normale e tangenziale; modulo di Poisson; relazione tra lo stato tensionale in diverse giaciture; cerchio di Mohr.
Caratteristiche della sollecitazione M, N, V, T; relazione tra caratteristiche della sollecitazione e stato tensionale nella sezione.
Relazioni differenziali tra carico, caratteristiche della sollecitazione, spostamenti e rotazioni (equazioni indefinite d’equilibrio); equazione della linea elastica.

Risoluzione di schemi isostatici.
Condizioni di equilibrio per la determinazione delle reazioni vincolari; determinazione delle caratteristiche della sollecitazione in una generica sezione; tracciamento dei diagrammi delle caratteristiche della sollecitazione.
Diagrammi di momento flettente M e taglio V (e loro valori massimi) per gli schemi isostatici più comuni: trave appoggiata-appoggiata con coppia ad un estremo; trave appoggiata-appoggiata con carico uniforme; mensola (incastrata-libera) con carico uniforme.
Determinazione di spostamenti e rotazioni (almeno con uno tra i seguenti metodi: principio dei lavori virtuali; integrazione dell’equazione della linea elastica; corollari di Mohr).
Risoluzione di schemi di travature reticolari (metodo di Ritter).

Risoluzione di schemi iperstatici.
Riconoscimento dell’iperstaticità di uno schema; metodo delle forze; condizioni di congruenza.
Diagrammi di momento flettente M e taglio V (e loro valori massimi) per gli schemi iperstatici più comuni: trave incastrata-incastrata con carico uniforme; trave incastrata-appoggiata con carico uniforme.

Stato tensionale in una sezione.
Espressioni che forniscono il valore delle tensioni normali in un punto della sezione, in presenza di momento flettente M e sforzo normale N; tracciamento dei diagrammi delle tensioni normali (per solo N, per solo M, per N ed M).
Espressioni che forniscono il valore delle tensioni tangenziali in un punto della sezione, in presenza di taglio V (formula di Jourawski); tracciamento dei diagrammi delle tensioni tangenziali.

Verifica di una sezione.
Criteri generali di verifica dello stato tensionale.

La frequenza delle lezioni è obbligatoria. Il controllo delle presenze sarà effettuato principalmente nei momenti di attività applicativa, ma saltuariamente anche durante le lezioni a carattere teorico.

Metodi di verifica strutturale. Tensioni ammissibili e stati limite.
Introduzione alle strutture in carpenteria metalliche: materiale, imperfezioni, normativa.
Resistenza degli elementi strutturali: Instabilità locale e classificazione delle sezioni. Aste sollecitate a sforzo normale. Aste inflesse. Aste presso inflesse. Resistenza dell’anima alle forze trasversali. Resistenza delle sezioni a parete sottile. Membrature composte.
Stabilità degli elementi strutturali: Tipologie di instabilità: Instabilità piana, Instabilità flesso torsionale, Instabilità torsionale.
Progetto di collegamenti in acciaio.
Collegamenti bullonati, con bulloni che lavorano a trazione, a taglio, collegamenti ad attrito. Collegamenti saldati.

Aurelio Ghersi, Edoardo M. Marino, Pier Paolo Rossi, Francesca Barbagallo. Verifica e progetto di aste in acciaio. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2018.

Giulio Ballio, Federico M. Mazzolani, Claudio Bernuzzi, Raffaele Landolfo. Strutture di acciaio. Editore Ulrico Hoepli, Milano, 2020.

Nunzio Scibilia. Progetto di strutture in acciaio. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2010.

Vincenzo Nunziata. Teoria e pratica delle strutture in acciaio. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2013.

Enzo Cartapati, Daniel Raccah. Strutture in acciaio di edifici controventati. Editore Ulrico Hoepli, Milano, 2017.

Prove in itinere e prova scritta finale a carattere progettuale. Discussione del progetto svolto durante il corso. Colloquio orale per verificare la conoscenza dei concetti teorici.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di testi di compiti scritti assegnati in anni precedenti possono essere trovati nel sito www.dica.unict.it/users/aghersi