Corso di: TECNICA DELLE COSTRUZIONI – A.A. 2013/14 Allievi di Ingegneria Civile – 12 crediti

Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi

Assistenti: Ing. Stefania Arangio - Ing. Chiara Crosti

Università degli Studi di Roma "La Sapienza",

Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale

Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

e-mail: franco.bontempi@uniroma1.it - sito web: www.francobontempi.org

Oggetto e obiettivi del corso.

Il corso ha per oggetto la progettazione strutturale, attraverso la traduzione dei principi e delle teorie della

meccanica strutturale in modelli, metodi e criteri adeguati a definire il comportamento strutturale delle

costruzioni e a eseguire la verifica della sicurezza e delle capacità prestazionali delle opere e degli elementi

in acciaio, in conglomerato armato e in conglomerato armato precompresso. Alla fine del corso, lo Studente:

1) acquisirà le conoscenze teoriche e metodologiche fondamentali per l’analisi strutturale e la progettazione

e 2) avrà le competenze per concepire, progettare e verificare costruzioni ordinarie; acquisirà capacità 3) di

giudizio e di 4) comunicazione di idee, informazioni, dati, problemi e soluzioni relativi alle costruzioni

tipiche dell’Ingegneria Civile, sia singole, come edifici, sia componenti di reti infrastrutturali; 5) potrà

successivamente estendere le conoscenze e le competenze su tutti i temi specialistici relativi all’Ingegneria

Strutturale.

Programma del corso.

Parte I: Analisi e progettazione strutturale.

- Definizione di costruzione e di struttura. Considerazioni su aspetti non strutturali. Caratteristiche

geometriche della struttura e sua spazialità. Individuazione dello schema strutturale. Vincoli. Carichi e

loro percorso all'interno della struttura. Incertezze. Processi di analisi e progettazione (sintesi) strutturale.

Definizione dei modelli di calcolo e di progetto. Posizione del corso di Tecnica delle Costruzioni rispetto

agli altri corsi di Ingegneria Strutturale e di Ingegneria Civile. - Requisiti strutturali fondamentali: resistenza, rigidezza, stabilità, duttilità, durabilità, robustezza,

resilienza. Sistemi isostatici e iperstatici. Percorso di equilibrio, punti limite e punti di biforcazione.

Imperfezioni. Sistemi lineari e non lineari. Principio di sovrapposizione degli effetti. Condizioni di

esercizio e di collasso per una struttura. Definizione di stato limite. Comportamenti strutturali fragili e

duttili ed accoppiamenti in serie ed in parallelo di elementi con caratteristiche diverse. - Definizione di problema strutturale e organizzazione dei dati e delle informazioni alla base del problema.

Sistema strutturale. Principio di De Saint Venant. Regioni di Bernoulli-Navier (B-regions) e regioni

diffusive (D-regions). Tipologie strutturali ricorrenti: aste inestensibili, aste flessionalmente rigide, telai

a nodi fissi e mobili, telai shear-type, strutture intelaiate multipiano, elementi e pareti di controvento.

Elementi di fondazione. Analisi qualitativa della deformata elastica di strutture intelaiate. - Analisi limite. Comportamento elastico e plastico. Plasticizzazione progressiva delle sezioni.

Definizione di cerniera plastica. Coefficiente di ridistribuzione sezionale. Domini di resistenza. Fattore

di utilizzo. Moltiplicatore di collasso. Teorema statico e cinematico. Metodo statico e metodo cinematico

per la determinazione del carico limite. - Progettazione prescrittiva e prestazionale. Sicurezza strutturale e formati di verifica. Domanda e capacità

prestazionale. Livelli di verifica: puntuale, sezionale, di elemento, globale. Formulazione deterministica,

probabilistica, semi-probabilistica. Coefficienti di sicurezza totali e parziali. Metodo Tensionale

(Tensioni Ammissibili). Metodo agli Stati Limite. Stati Limite Ultimi e di Esercizio. - Azioni sulle costruzioni. Classificazione e caratteristiche: azioni dirette/indirette, azioni

dinamiche/statiche/quasi-statiche. Azioni naturali ed antropiche: caratterizzazione statistica e

convenzionale, valori nominali. Azioni permanenti, variabili (frequenti e rare), accidentali. Scenari di

contingenza: configurazioni strutturali e scenari di carico. Descrizione e combinazione delle azioni.

Inviluppi delle sollecitazioni. Parte II: Costruzioni in acciaio.

- Proprietà materiali. Prove per la definizione delle caratteristiche e loro convenzionalità. Elementi

industrializzati, morfologia e utilizzo, tolleranze di fabbricazione, individuazione dei collegamenti.

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- Elementi tesi e perturbazioni dello stato tensionale dovute a modalità di composizione e di collegamento.

Elementi compressi. Carico critico euleriano. Analisi del fenomeno di instabilità nelle aste industriali.

Fenomeni di instabilità globale e locale. Autotensioni. Metodo ω. Influenza della deformabilità a taglio

sul carico critico. Il caso delle aste composte calastrellate e intralicciate. Elementi inflessi. Instabilità

flesso-torsionale. Torsione alla De Saint Venant e non uniforme alla Vlasov. Instabilità di pannelli

irrigiditi per i principali casi di sollecitazione.

- Le più diffuse tipologie di collegamenti in acciaio. Problemi di accoppiamento. Considerazioni generali

sulle giunzioni e sui loro effetti sul comportamento dell'organismo strutturale complessivo. Unioni

bullonate e saldate. Bulloni normali e ad attrito. Saldature a completa penetrazione. Cordoni di saldatura.

Ipotesi di ripartizione delle sollecitazioni all'interno dei giunti. Verifiche convenzionali e loro significato.

Composizione di nodi strutturali. Composizione di travi.

- Tipologie usuali di costruzioni in acciaio. Strutture reticolari. Edifici con schemi pendolari.

Sottostrutture. Elementi di controvento. Modellazione dei giunti. Eccentricità ed imperfezioni strutturali.

Verifiche di resistenza. Stati Limite Ultimi. Verifiche di funzionalità. Stati Limite di Esercizio.

Robustezza strutturale.

Parte III: Costruzioni miste.

- Sezioni, travi e colonne miste in acciaio e conglomerato. Caratteristiche e problemi meccanici di

accoppiamento. Elementi di collegamento. Fenomeno dello shear-lag e larghezza efficace. Verifiche in

fasi successive.

Parte IV: Costruzioni in conglomerato armato (C.A.) e conglomerato armato precompresso (C.A.P).

- Caratteristiche dei materiali. Criteri di rottura e legami costitutivi per il conglomerato. Stati di sforzo

biassiale e triassiale. Considerazioni sull'accoppiamento tra conglomerato ed acciaio. Aderenza.

Disposizioni costruttive delle armature longitudinali/trasversali. Effetti di confinamento.

- Teoria elementare del C.A. con impostazione elastica quasi-lineare. Coefficiente di omogeneizzazione n.

Formato di verifica alle Tensioni Ammissibili. Sviluppo storico.

- Formato di verifica agli Stati Limite Ultimi. Collassi duttili e fragili. Funzionalità e Stati Limite di

Esercizio. Azione assiale, flessione, taglio, torsione. Tralicci resistenti. Interazione fra le varie

sollecitazioni. Domini di resistenza. Metodi di progetto libero e condizionato. Uso di tabelle. Principio

di addizione. Armature minime. Fenomeni di fragilità. Stabilità di elementi snelli in C.A. Metodo della

Colonna Modello. Stati limite di fessurazione e di deformazione. Cenni alla viscosità.

- Edifici in cemento armato a struttura intelaiata. Modellazione strutturale. Sezioni strutturali. Sezioni

critiche. Regioni nodali e modellazione con schemi tirante-puntone. Elementi costruttivi speciali.

Mensole tozze. Elementi di fondazione. Solai. Disposizioni costruttive.

- Teoria degli elementi strutturali in calcestruzzo armato precompresso. Le tecnologie di precompressione.

Caratteristiche degli acciai ad elevato limite elastico. Perdite a cadute di tensione. Tracciato dei cavi.

Disposizioni costruttive. Strutture intelaiate precompresse. Verifiche agli Stati Limite di Esercizio e

Ultimi.

Bibliografia consigliata.

• E.F. Radogna, Tecnica delle Costruzioni, Vol.I, II, III, Zanichelli.

• F. Bontempi, S. Arangio, L. Sgambi, Tecnica delle Costruzioni. Basi della progettazione – Elementi

intelaiati in acciaio, Carocci Editore, 2008.

• S. Arangio, F. Bucchi, F. Bontempi, Progettazione di strutture in acciaio, Flaccovio Editore 2010.

• Danieli D., F. De Miranda, Strutture in acciaio per l’edilizia civile e industriale, CISIA, 1970.

• R. Calzona, C. Cestelli Guidi, Il calcolo del cemento armato, Hoepli.

• E. Donaggio, Manuale del cemento armato, Zanichelli.

• Manuale di Ingegneria Civile, Vol.II, Scienza e Tecnica delle Costruzioni. Ponti., ESAC-Zanichelli.

• Furiozzi, Messina, Paolini, Prontuario per il calcolo di elementi strutturali,

• DEI, Manuale di progettazione strutturale, 2008.

• Norme Tecniche Costruzioni (DM 14/01/08); Istruzioni CNR10011/97; Eurocodici.

Modalità d'esame.

L'esame consiste in una prova scritta, in cui e' richiesto il dimensionamento e la verifica di una struttura in

acciaio o in conglomerato armato, e in una prova orale in cui sono discussi aspetti teorici o applicativi. Le

prove devono essere sostenute nello stesso appello.

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Descrizioni di sintesi.

TECNICA DELLE COSTRUZIONI – 12 crediti.

Il corso ha per oggetto la progettazione strutturale, attraverso la traduzione dei principi e delle teorie della

meccanica strutturale in modelli, metodi e criteri adeguati a definire il comportamento strutturale delle

costruzioni tipiche dell’Ingegneria Civile, sia singole come gli edifici, sia componenti di reti infrastrutturali,

e ad eseguirne la verifica della sicurezza e delle capacità prestazionali delle parti strutturali in acciaio, in

conglomerato armato e in conglomerato armato precompresso. Gli argomenti principali sono: I) definizione

di analisi strutturale e progettazione, requisiti strutturali fondamentali, sistema strutturale e sua

organizzazione, comportamento elastico e plastico, sicurezza strutturale e formati e livelli di verifica,

domanda e capacità prestazionale, azioni sulle costruzioni; II) costruzioni in acciaio, elementi

industrializzati, collegamenti, edifici con schemi pendolari, controventi; III) costruzioni miste; IV)

costruzioni in conglomerato armato, caratteristiche dei materiali e criteri di rottura, disposizioni costruttive

delle armature, teoria elementare alle tensioni ammissibili, impostazione agli stati limite, elementi soggetti

ad azione assiale, flettente, tagliante, torcente, regioni nodali e modellazione con schemi tirante-puntone,

elementi strutturali in calcestruzzo armato precompresso.

Alla fine del corso, lo Studente: 1) acquisirà le conoscenze teoriche e metodologiche fondamentali per

l’analisi strutturale e la progettazione e 2) avrà le competenze per concepire, progettare e verificare

costruzioni ordinarie; acquisirà capacità 3) di giudizio e di 4) comunicazione di idee, informazioni, dati,

soluzioni e problemi relativi alle costruzioni tipiche dell’Ingegneria Civile, sia singole, come edifici, sia

componenti di reti infrastrutturali; 5) potrà successivamente estendere le conoscenze e le competenze su

tutti i temi specialistici relativi all’Ingegneria Strutturale.

STRUCTURAL ANALYSIS AND DESIGN – 12 credits.

The subject of the course are the basis of the structural design by considering the application of the theory

of the structural mechanics and its implementation in models, methods and criteria to define and assess the

mechanical behavior of general constructions typical of Civil Engineering, built with steel, reinforced

concrete and prestressed concrete parts. The principal topics of the course are: I) definition of the processes

of structural analysis and design, basic structural requirements, definition of the structural system and its

organization, elastic and plastic mechanical behavior, safety formats and level of check, performance

capacity and demand, actions on structures; II) steel structures, industrialized elements, connections, typical

building schemes, bracing systems; III) mixed constructions; IV) reinforced concrete structures, materials

characteristics and failure criteria, reinforcement bars properties and positioning, quasi-linear theory and

admissible tension safety format, limit states safety format, structural elements subjected to axial action,

flexure, shear, torsion, nodal regions and strut and tie modeling, prestressed reinforced concrete structural

elements.

At the end of the course the Student 1) will obtain the theoretical knowledge and the fundamental

methodologies concerning the structural analysis and design, and 2) will reach the practical capacity to

conceive, design and check ordinary constructions; furthermore, the Student 3) will mature judgmental

ability and 4) will be able to communicate ideas, information, data, solutions and problems connected with

typical constructions of Civil Engineering, either as buildings or as part of a infrastructure; finally, 5) will

be able to extend and complete all the knowledge and the ability required by the Structural Engineering.

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