Universit degli Studi di Cagliari FACOLTA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

TECNICA DELLE COSTRUZIONI

erogato nellA.A. 2019/20

Anno Corso 3

Tipologia Caratterizzante

Totale crediti 6

Periodo didattico Secondo semestre

OBIETTIVI

La finalit della Tecnica delle Costruzioni il progetto, ed con tale riferimento che questa disciplina intende collocare i propri contenuti all'interno del corso di studi in Architettura. Il corso vuole dunque fornire allo studente gli strumenti per impostare il problema del progetto delle strutture in termini di sicurezza e di integrazione nell'organismo architettonico, ed acquisire quei concetti necessari per comprendere ed utilizzare con confidenza le procedure di progettazione strutturale. In particolare, lo studente sar preparato a redigere un progetto strutturale in tutte le sue fasi: concezione dellorganismo strutturale in coerenza con la costruzione, con la sua forma architettonica e con le sue prestazioni funzionali; scelta del materiale o dei materiali costituenti la struttura in base alla specificit del loro comportamento meccanico; definizione della forma e delle dimensioni degli elementi strutturali con le loro connessioni; valutazione delle azioni applicate alla costruzione; individuazione di uno schema resistente in relazione ai materiali ed alle prestazioni meccaniche richieste; identificazione di un modello meccanico (strutturale) che tenga conto delle prestazioni dei materiali, dei processi costruttivi e dellevoluzione che la struttura subisce nel corso del tempo. Il fine ultimo quello di dare allo studente la consapevolezza delle problematiche del progetto strutturale e la capacit di comprendere e decidere allinterno di consessi professionali multidisciplinari.

PREREQUISITI

Buone conoscenze di Statica e Scienza delle Costruzioni; conoscenza dei materiali da costruzione (cemento armato e acciaio), in ordine alle caratteristiche elastomeccaniche ed alle tecnologie costruttive; conoscenza delle modalit di posa in opera e di assemblaggio degli elementi costruttivi pi comuni. Le propedeuticit obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.

CONTENUTI

Vengono illustrati i concetti generali ed essenziali legati alla teoria ed alla progettazione delle costruzioni in acciaio e cemento armato, analizzandone gli aspetti pi significativi alla luce delle recenti norme italiane ed europee. Principi generali, durata e sicurezza delle costruzioni, concezione strutturale. Costruzione, struttura e opere funzionali: Considerazioni generali. Linterazione fra le opere portanti e portate. La semplicit strutturale. La ripartizione dei carichi. La sicurezza strutturale: Un poco di storia. Procedura deterministica. Procedura probabilistica. Le grandi negligenze. Limportanza dellesecuzione. Sicurezza strutturale: I metodi progettuali in accordo alla vigente normativa. I livelli di sicurezza. Le azioni sulle strutture.

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I materiali strutturali e i loro riflessi sulle strutture. Considerazioni generali. Un poco di storia. Resistenza: Caratteristiche intrinseche materiali. Leffetto dei sovraccarichi per gli elementi tesi o compressi. Le luci di resistenza limite per gli elementi inflessi. Materiali fragili e materiali duttili: il guadagno plastico sezionale per gli elementi inflessi. Leffetto dei sovraccarichi per gli elementi inflessi. Suggerimenti progettuali. Considerazioni sui limiti dimensionali. Rigidit: Premesse. I diagrammi (-) dei materiali strutturali. Considerazioni per il contenimento delle deformazioni degli elementi strutturali. Plasticit: Premesse. Schemi strutturali determinati e indeterminati. La profilazione delle sezioni. Il guadagno plastico strutturale. Cenni sulla viscosit: Premesse e leggi costitutive. Problemi di deformazione. Problemi strutturali. Il calcolo delle strutture intelaiate: Metodi per la risoluzione di strutture iperstatiche: Metodo delle Forze e degli spostamenti. Equazione dei tre momenti. Reazioni esterne. Diagrammi di azione interna. Strutture in acciaio: Il materiale. I prodotti. Le imperfezioni. Le prove meccaniche di caratterizzazione del materiale. Tipologie strutturali e metodi di analisi: Classificazione dei telai. Metodi di analisi dei sistemi intelaiati. I telai pendolari. Lapproccio progettuale. Le membrature semplici: Classificazione dei profili. Gli elementi tesi. Gli elementi compressi. Gli elementi inflessi. Gli elementi presso-inflessi. Resistenza dellanima alle forze trasversali. Le aste composte. Le travi reticolari. Le giunzioni nelle strutture metalliche: Le unioni bullonate. Generalit e verifica delle unioni bullonate. Le unioni saldate. Generalit, resistenza e verifica delle unioni saldate. Unioni di tipo misto. Strutture in cemento armato: Generalit sul cemento armato: Caratteristiche meccaniche dei calcestruzzi. Viscosit del calcestruzzo. Effetti strutturali della viscosit. Comportamento delle sezioni in cemento armato. Sforzo assiale centrato: Pilastri in cemento armato. Elementi tesi. Calcoli di fessurazione. Momento flettente: Analisi della sezione inflessa. La fessurazione flessionale delle travi. Deformazioni delle sezioni inflesse. Sforzo di taglio: Comportamento al taglio delle travi in c.a.. Le travi senza armatura al taglio. Le travi con armatura a taglio. Le travi inflesse: Modelli di calcolo delle travi inflesse. Schemi equilibrati con puntoni e tiranti. Deformazioni flessionali delle travi. Sforzo assiale Eccentrico: Calcolo elastico della sezione. Calcolo a rottura della sezione. Comportamento flessionale dei pilastri. Elementi strutturali per fondazioni: Fondazioni isolate. Fondazioni continue. Elementi di sostegno

METODI DIDATTICI

Lezioni frontali (40 ore) ed Esercitazioni pratiche (20 ore). Durante le lezioni frontali vengono illustrate le basi teoriche della disciplina, con metodi di apprendimento bottom-up, nei quali partendo da casi reali di facile comprensione, si sviluppa poi la trattazione teorica. La verifica dell'apprendimento viene effettuata durante le esercitazioni, che consistono nella redazione da parte degli studenti di due progetti molto semplici (uno in acciaio e uno in calcestruzzo armato), assistiti in aula dal docente e dai tutor didattici. L'esito delle esercitazioni viene poi discusso pubblicamente, per condividere tra tutti gli studenti le varie problematiche emerse durante il lavoro. Le esercitazioni vengono svolte in piccoli gruppi di massimo tre studenti. A complemento delle attivit d'aula, prevista l'effettuazione di almeno due visite didattiche a cantieri significativi.

VERIFICA DELLAPPRENDIMENTO

Lesame prevede una prova orale nel corso della quale ogni studente, illustrando gli esercizi svolti durante le esercitazioni, deve dimostrare di conoscere le basi teoriche per modellare una struttura semplice stimandone le sollecitazioni con procedimenti manuali; progettare le armature in una struttura in c.a. e i collegamenti in una struttura in acciaio; effettuare le verifiche di resistenza selezionando le sezioni significative. Il punteggio della prova d'esame attribuito mediante un voto espresso in

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trentesimi. L'attiva partecipazione degli studenti alle lezioni ed alle esercitazioni che si svolgeranno durante il corso avr un peso sul giudizio finale. Non sono previste prove intermedie. La determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: 1. conoscenza delle basi teoriche e capacit di applicarle al caso concreto; 2. correttezza della procedura individuata per la soluzione del quesito; 3. propriet di linguaggio tecnico 4. dimostrazione di aver compreso il significato e l'importanza della concezione strutturale nell'ambito del progetto di architettura. Il soddisfacimento degli aspetti n. 1 e 2 condizione necessaria per il raggiungimento di una valutazione fino al 26. I voti superiori a 26 verranno attribuiti agli studenti che dimostreranno di padroneggiare tutti e quattro gli aspetti sopra elencati.

TESTI

- LArchitettura dellEquilibrio e della Deformazione, Seconda Edizione, Vol. I di: Antonio Migliacci, Editore Casa Editrice Ambrosiana, 2006, 400 pagine; - Teoria e Tecnica delle Costruzioni, Introduzione allAnalisi Strutturale di: Mario Caironi, Pietro Gambarova, Sergio Tattoni, Editore PARAVIA, 1999, 496 pagine - Esercizi di Tecnica delle Costruzioni di: Pietro Gambarova, Ezio Giuliani, Paola Ronca, Sergio Tattoni, Editore CITTASTUDI, 2007, 291 pagine - Progettare costruzioni in Acciaio con CD-ROM di: Giulio Ballio, Claudio Bernuzzi, Editore HOEPLI, 2004, 347 pagine. - Tecnica delle Costruzioni, Cemento armato - Calcolo agli stati limite, Vol. II. 2A e 2B di: Giandomenico Toniolo, Editore MASSON, 1993.

ULTERIORI INFORMAZIONI

La didattica viene supportata, oltre che dai testi consigliati, dal materiali didattico scaricabile dal sito del docente, consistente nelle slide delle lezioni, esempi di esercizi svolti, semplici software per la verifica dei risultati dei calcoli, video illustrativi, che potranno essere anche proiettati in aula durante le ore di lezione.

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STRUCTURAL DESIGN AND ANALYSIS

taught in A.Y. 2019/20

Course year 3

Type Compulsory subjects, characteristic of the class

ECTS 6

Teaching period Second Semester

OBJECTIVES

The purpose of Structural Design is the project and it is with this reference that within the Architectural faculty it provides the basics for the structural design of building. The course aims to give the student the tools to set the structural project's theme in terms of safety and integration into the architectural organism, and acquire structural design basics to understand and use with confidence procedures aimed at new and existing construction. Particularly, the student will be prepared to draw up a structural project in all its phases: design of building's structural concept according with its architectural form and with its required functional performance; choice of structural materials according to the specificity of their mechanical behaviour; definition of the shape and size of the structural elements with their connections; evaluation of the applied loads; identification of a mechanical model that takes into account the materials performance and their evolutions in time and the manufacturing processes. The ultimate goal is to give the student the awareness of the structural design issues and the ability to understand and decide within multidisciplinary professional organizations.

PREREQUISITES

Good knowledge of statics and building science; knowledge of building materials (concrete and steel), construction technologies and assembling of structural elements.

CONTENTS

Are invoked general and essential concepts related to the theory and design of steel, concrete and masonry structures, analyzing the most significant rules of the recent Italian and European standards. The purpose of Constructions discipline is the building technical project and it is with this reference that within the Architectural Courses it provides the basics for the structural design of building. General principles, durability and building safety, structural conception. Construction, structure and functional works: General considerations. The interaction between worn and carrying structures. Structural simplicity. Sharing loads. Structural Safety: A little bit of history. Deterministic procedure. Probabilistic procedure. Great negligence. The importance of execution. Design Methods in accordance with current codes. Security levels. Actions on structures. Structural materials and their reflections on structures. General consideration. A little bit of history. Resistance: mechanical material behavior. The effect of overloads for tense or compressed elements. Maximum resistance for inflexible elements. Fragile and ductile materials: the sectional plastic gain for the inflected elements. The effect of overloads for inflected elements. Design tips. Considerations on dimensional limits.

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Stiffness: Premise. The diagrams (-) of structural materials. Considerations for the containment of deformations of structural elements. Plasticity: Premise. Determined and undetermined structural patterns. Section profiling. The structural plastic gain. Notes on viscosity: Premises and constitutive laws. Deformation problems. Structural problems. Analysis of Structures: Methods for Hyperstatical Structures: Force and Movement Method. Equation of the three moments. External reactions. Internal Action Diagrams. Steel structures: The material. The production. The imperfections. Mechanical tests for the material. Structural Types and Methods of Analysis: Classification of Frames. Methods of analysis of the framed systems. Commuter frames. The design approaches. Simple Membranes: Profile Classification. The tensed elements. Compressed elements. The inflexible elements. The elements near-inflected. Resistance of the soul to the transverse forces. The composite elements. Reticular beams. Joints in metal structures: Bolted joints. Generality and verification of bolted joints. Welded joints. Generality, resistance and verification of welded joints. Mixed Unions. Concrete Structures: General on Concrete. Mechanical Properties of Concrete. Concrete Viscosity. Structural effects of viscosity. Behavior of reinforced concrete sections. Compression and tensile stress: reinforced concrete pylons. Cracking calculations. Bending Moment: Analysis of Sections. The flexural cracking of the beams. Deformation analysis. Shear effort: Design of elements with and without shear reinforcement. The inflected beams: Models for the design of inflected beams. Balanced patterns with struts and tie rods. Flectional deformations of beams. Eccentric Axial forces: Elastic Calculation of the Section. Calculation of breaking section. Flexible behavior of pillars. Structural elements for foundations: Isolated foundations. Continuous foundations. Support elements.

TEACHING METHODS

During the lectures, the theoretical bases of the discipline are described, with bottom-up learning methods, in which, starting with case studies of easy comprehension, theoretical discussion is developed. Testing is done during the exercises, consisting in the preparation by the students of two very simple projects (one in steel and one in reinforced concrete), assisted in the classroom by the teacher and the tutors. The outcome of the exercises is then discussed publicly, to share among the students the various issues that could be emerged during the work. The exercises are carried out in small groups of up to three students. In addition at least two visits to significant construction sites are planned.

VERIFICATION OF LEARNING

The exam provides for an oral exam during which each student, explaining the exercises made during the course, must demonstrate knowledge of the theoretical bases for analysis and design of simple structures by soliciting manual procedures; Design the reinforcement in concrete structures and connections in steel structure; Perform resistance analysis by selecting significant sections.The grades are on a scale of 30. The active participation of the students at the lectures and exercises that will take place during the course will have a bearing on the final judgment. The final grade takes into account the following elements: 1. knowledge of the theoretical basis and ability to apply them to the real cases; 2. Correctness of the procedure identified for the solution of the question; 3. property of technical language 4. demonstration of understanding the meaning and importance of the structural concept in the architectural design. The satisfaction of the aspects n. 1 and 2 is a necessary condition for achieving an evaluation up to 26. Grades above 26 will be awarded to students who will demonstrate that they master all four aspects listed above.

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TEXTS

- LArchitettura dellEquilibrio e della Deformazione, Seconda Edizione, Vol. I di: Antonio Migliacci, Editore Casa Editrice Ambrosiana, 2006, 400 pagine; - Teoria e Tecnica delle Costruzioni, Introduzione allAnalisi Strutturale di: Mario Caironi, Pietro Gambarova, Sergio Tattoni, Editore PARAVIA, 1999, 496 pagine - Esercizi di Tecnica delle Costruzioni di: Pietro Gambarova, Ezio Giuliani, Paola Ronca, Sergio Tattoni, Editore CITTASTUDI, 2007, 291 pagine - Progettare costruzioni in Acciaio con CD-ROM di: Giulio Ballio, Claudio Bernuzzi, Editore HOEPLI, 2004, 347 pagine. - Tecnica delle Costruzioni, Cemento armato - Calcolo agli stati limite, Vol. II. 2A e 2B di: Giandomenico Toniolo, Editore MASSON, 1993

MORE INFORMATION

In addition to the suggested texts, teaching is supported by the materials downloadable from the teacher's site, consisting of lecture slides, examples of exercises, simple software for checking the results of calculations, video illustrations, which can also be projected into the class during the lectures.