What is essential. Seminario conclusivo al corso di Edifici in Cemento Armato.
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2
1996
franco bontempi
Declaratoria / Declaratory
• Il settore della Tecnica delle Costruzioni si interessa dell’attività scientifica e didattico-formativa inerente teorie e tecniche rivolte sia
alla concezione strutturale ed al progetto di nuove costruzioni, sia alla verifica ed alla riabilitazione strutturale di quelle esistenti.
• Tecnica delle Costruzioni is concerned with the scientific and didactic-learning activities inherent in theories and techniques directed at both the structural conception and the design of new constructions, as well as the structural verification and rehabilitation of existing ones.
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• I contenuti scientifico-disciplinari riguardano:
- le azioni sulle costruzioni, compreso l’effetto dell’azione sismica,
- il comportamento delle strutture in funzione della tipologia e della morfologia, dei materiali, delle tecniche e delle tecnologie, dell’interazione col terreno e con l'ambiente, dei modi e delle strategie d'uso e di controllo;
- metodi e strumenti per la progettazione strutturale, la realizzazione e la gestione di strutture;
- valutazioni di vulnerabilità, affidabilità, comfort, sicurezza e durabilità;
- sperimentazione, collaudo e monitoraggio delle costruzioni;
- indagini storiche sul costruire, verifiche di sicurezza e soluzioni d'intervento strutturale applicabili all’edilizia storica ed ai monumenti;
- architettura strutturale.
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1. La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi, strumenti,
sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da una solida e ampia base
culturale.
2. Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente un percorso
decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
3. L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e sicurezza: la
corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
4. Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
5. L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e complessivi,
predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali, aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
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Statement
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• La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi,
strumenti, sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da
una solida e ampia base culturale.
• Tecnica delle Costruzioni deals with structural design and design: it is a discipline of synthesis - in which ideas, theories, methods, tools, experimentation and empirical principles come together - leading to the choice of schemes, elements and components, structural materials, starting from a solid and broad cultural base.
Statement #1
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Design method
Problem solving
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Constructive attitude
Knowledge of the design
method, how it is done or to
know things, is a liberating value:
it is a "do-it-yourself" yourself.
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No archistar
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Fundamentals
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Fundamentals
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Cujaba River (Martinez y Cabrera)
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Cujaba River
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• L’ergonomia è la disciplina che si occupa dell’interazione tra un sistema e lo scopo per il quale è progettato, e si propone di
migliorarne la funzionalità rispetto al suo utente.
• Human factors and ergonomics (commonly referred to as HF&E), also known as comfort design, functional design, and systems, is the practice of designing products, systems, or processes to take proper account of the interaction between them and the people who use them.
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Ergonomia
Ergonomics
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Aspetti cognitivi
Cognitive aspects
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Aspetti cognitivi
Cognitive aspects
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Esempio
Example
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• «Ma un numero di regole eccessivo comporta vari degli inconvenienti dianzi citati e in particolare:
- l'impoverimento dell'autonomia e della creatività, in quanto l'opera del progettista è irretita dalle norme;
- la difficoltà di discernere ciò che veramente conta;
- la sensazione di avere, al riparo delle norme, responsabilità assai alleviate;
- la difficoltà non infrequente di rendersi conto dei ragionamenti che giustificano certe regole, rischiando di considerare queste alla stregua di algoritmi, ossia di schemi operativi che, una volta appresi, il pensiero non è più chiamato a giustificare.»
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- Proliferazione delle normative e tecnicismo. Ultima lezione ufficiale del corso di Tecnica delle costruzioni tenuta dal prof. Piero Pozzati nell'a.a. 1991-'92, presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università di Bologna (3
giugno 1992).
Eccesso di Norme Tecniche
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Vn = 100
Cu = 2
q0 = 4
NB:
Caratteristiche
Struttura
Vn = 100
Cu = 2
q0 = 2
Periodo
di ritorno
sisma
Vn = 50
Cu = 1
q0 = 2
Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali
e dighe di dimensioni contenute o di importanza normale
Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali
e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica35
Statistics
(apparently
scientifically
based)
Human
Decision
(arbitrary)
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Failure Path (Reason)
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100%
Time
% o
f fa
ilure
Unknown phenomena
Known phenomena
Research level Design code level
past present future
A
BB B
C
Hu
man
err
ors
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Cause of System Failures
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• Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente
un percorso decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
• The structural design involves a holistic view of the entire lifecycle of a construction and the environment in which it is immersed, necessarily envisaging a decision-making path characterized by assuming responsibility.
Statement #2
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RESILIENCE
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Luxury is the manifestation of the
uncivilized wealth that wants to
impress who is poor.
It is the manifestation of the
importance that is given to the
exteriority and reveals the lack of
interest in the whole cultural
elevation.
It's the triumph of appearance on
the substance.
Disvalori
Anti-values
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Esempio
Example
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Simplifying means trying to solve the
problem by eliminating everything that is
not needed to perform the functions
Simplifying is to reduce costs, reduce
machining, assembly, and finishing times.
One wants to solve two issues together in
one solution. Simplifying is a hard work and
requires a lot of creativity.
Complicating is much easier, just add
anything what comes to your mind without
worrying if costs go beyond sales limits,
you take more time to realize the object,
and so on.
Valori
Values
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It is necessary, however, to say that the general public is more inclined to evaluate the manual "so much work" that it takes to do a complicated thing than to recognize the "so much work" mental that it wants to simplify, since then you can not see it. Indeed, people in the face of simple solutions, which may have required lengthy research and trials, say: but how, is everything here? but this I knew I did too!
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Esempio
Example
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It is important to consider things not only for what they are, but also for what they might be. Generally, the same thing can be looked at in many respects, and sometimes the less obvious points of view are most useful. It's always worth it, when something is happening for what it is, to go deep into the exam to see what else it might be.
Sostenibilità
Sustainability
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Northrop YB-49
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Horten Ho 229
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Northrop Grumman B-2 Spirit
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• L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e
sicurezza: la corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
• Structural analysis is the prerequisite for understanding and exploring qualitative and quantitatively structural behavior in terms of performance and safety: a proper understanding of the relationship between model and reality is essential for this purpose.
Statement #3
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START
END
MODIFICA
K=K+1
K=0
DATI
K
CALCOLO
RISULTATI
K
TESTSI’ NO
AN
ALY
SIS
SY
NT
HE
SIS
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Analysis vs Synthesis
Synthesis is the combining of the constituent elements of separate material or abstract entities into a single or unified entity (opposed to analysis as the separating of any material or abstract entity into its constituent elements).
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Rappresentazione
grafica
Visual
Language
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Qualità delle procedure
QUALITA’
Qualitàformale
Qualitàsostanziale
chiarezza
semplicità
comprensibilità
flessibilità
pertinenza
competenza
completezza
Standard di rappresentazione:simboli,nomi,
- disegni,- posizionamento,- routing.
Velocità di adeguamentoAi cambiamenti
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SS0a
PRESCRIBED
DESIGN
PARAMETERS
SS0b
ESTIMATED
DESIGN
PARAMETERS
SS1
initiation and
development
of fire and
fire efluent
SS2
movement of
fire effluent
SS3
structural response
and fire spread
beyond enclosure
of origin
SS4
detection,
activitation and
suppression
SS5
life safety:
occupant behavior,
location and
condition
SS6
property
loss
SS7
business
interruption
SS8
contamination
of
environment
SS9
destruction
of
heritage
(0)
DESIGN
CONSTRAINTS
AND
POSSIBILITIES
(1+2)
ACTION
DEFINITION
AND
DEVELOPMENT
(3+4)
SYSTEM
PASSIVE
AND ACTIVE
RESPONSE
BU
S O
F I
NF
OR
MA
TIO
N
RESULTS
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SA
FE
TY
& P
ER
FO
RM
AN
CE
Fire Safety Engineering80franco bontempi
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STRUCTURAL
QUALITY
- design life
- railway
runability
- highway
runability
- free channel
- robustness
- durability
- management
GLOBAL
GEOMETRY
AND
TOPOLOGY
TOPOLOGY
- suspension system
- towers
- towers foundation
- anchor system
- main deck
- deck landing
- ...
GLOBAL GEOMETRY
- main span
- sx span
- dx span
SECTIONAL GEOMETRY
- continuous girder sections
- transverse section
- main cables
- hangers
- towers
- secondary elements
MATERIALS
CHARACTERISTICS
- girders
- cables
SYNTHESIS OF
STRUCTURAL
SOLUTION
AND
DOCUMENTATION
BOUNDARY
CONDITIONS
CONSTRAINTS:
rigid and elastic
constraints,
imposed
displacements
NATURAL
ACTIONS
- temperature
- wind
- earthquake
ANTROPIC
ACTIONS
a) permanent
loading
system
b) variable
- railway
- highway
c) accidental
CO
NV
EN
TIO
NA
L M
OD
ELIN
G:
QU
AS
I ST
AT
IC R
EP
RE
SE
NT
AT
ION
BASIC STRUCTURAL
CONFIGURATION
PARAMETERS
- individuation
- definition
- uncertainty
- description
- bounding
GLOBAL
MODELING
- 2D
- 3D
MODELING WITH
DYNAMIC INTERACTION
ALTERNATIVE STRUCTURAL
CONFIGURATIONS
GLOBAL
OPTIMIZATION
- topology
- morphology
- parametric
LOCAL
OPTIMIZATION
- girders section
- transverse
section
- restraint zone
EXPERT AND
FIXED CHOICES
MEASURES
a) qualitative
b) materials volumes
c) serviceability
- modal characteristics
- deflections
- deformations
- reversibility
d) collapse scenarios
- collapse characteristics
- robustness
e) accidental scenarios
- configurations
- risks
DETAILED
MODELING
EXTENDED
MODELING
12 3
4
5
6
7
Numerical Modeling for the
Structural Analysis and Design of
MESSINA STRAIT BRIDGE:
subdivision and development of activities.
FB - june 6, 2005 / [email protected] bontempi
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• Ma, oltre a queste osservazioni, mi sembra opportuno concludere osservando in via generale che, relativamente ai metodi di calcolo e alle normative, si debba evitare di dar loro importanza eccessiva, per non mettere in ombra la progettazione vera e propria.
• La quale ha nel calcolo soltanto una delle sue fasi, seppure fondamentale, mentre trova in altre questioni aspetti altrettanto qualificanti: intendo soprattutto la concezione generale delle strutture; l’armonica distribuzione delle masse; i particolari costruttivi; l’analisi dei problemi esecutivi e dei costi; l’esame critico del comportamento generale della costruzione comprendente anche, e non secondariamente, la presenza di elementi non strutturali e della parte del terreno coinvolta dalla struttura.
• Fatti, questi, che debbono entrare nel vivo del processo progettuale, divenendo una forza unica e ogni volta diversa. Fatti che non possono essere unitariamente colti da elaborazioni numeriche e computers come invece può riuscire a fare la mente umana con gli insostituibili ausili, peculiari soltanto ad essa, dell’intuizione, dell’inventiva, della fantasia, della creatività.
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- IL CONVENZIONALISMO NEL CALCOLO STRUTTURALE SISMICO – P. Pozzati 5 marzo 2004
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«Intervenendo sulla struttura (miglioramento) di fatto il responso della
struttura cioè il coefficiente medio è il risultato finale è la somma degli
interventi il cui valore medio è pari a quelli evidenziato dai calcolo.»
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• Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
• The study of real construction cases, particularly in cases of failures, is an essential source of increased knowledge of the discipline.
Statement #4
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Usu
al
UL
S &
SL
S
Ve
rifi
ca
tio
nF
orm
at
Structural Robustness
Assessment
1st level:
Material
Point
2nd level:
Element
Section
3rd level:
Structural
Element
4th level:
Structural
System
102
Level of Structural Failures
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Bad vs Good CollapseSTRUCTURE
& LOADSCollapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”OF THE
STRUCTURE
“EXPLOSION”OF THE
STRUCTURE
is a process in which
objects are destroyed by
collapsing on themselves
is a process
NOT CONFINED
SWAY
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The Almö Bridge (inaugurated in 1960), that connected the island of Tjörn (Sweden's 7th largest island) to the mainland. The bridge collapsed January 18th 1980, when the bulk carrier MS Star Clipper struck the bridge arch. Eight people died that night as they drove over the edge until the road on the Tjörn side was closed 40 minutes after the accident. A new cable-stayed bridge, Tjörn Bridge, was built and inaugurated in 1981.
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Direct vs. Inverse Problems
Back-analysis
Forward-analysisDirect problem
Inverse problem
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COSE – STRUTTURE - SISTEMITHINGS – STRUCTURES - SYSTEMS
PERSONE – COMPORTAMENTIPEOPLE – HUMAN BEHAVIOR
COSAWHAT
CHIWHO
ROTTURA – COLLASSO - CRISIFAILURE – COLLPASE - CRISIS
PERCHE’WHY
SPIEGAZIONE – CAUSEREASON - DISCLOSURE
CO
NO
SCEN
ZAKO
NW
LED
GE
Aumento conoscenza – Knowledge gain
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http://territorio.regione.emilia-romagna.it/codice-territorio/sismica/dossier-sentenze-della-causa-penale-conseguente-al-crollo-delledificio-scolastico-jovine-di-san-giuliano-di-
puglia 112franco bontempi
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Mistificazione
Fallacy
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• L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e
complessivi, predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali,
aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
• The teaching of the discipline must start from the general mechanical principles, promote a good understanding of the elementary and overall structural behaviors, prepare for a well-structured arrangement of the various structural parts supported by a coherent choice of materials, help to identify the possible situations where a construction can be in terms of actions and configurations.
Statement #5
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Motivation
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Spazialita’
Spatiality
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A
B
C
D E
F
G
H
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B - and D - Regions
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Bernoulli-Navier Beam Model
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Drucker Beam Model
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Ritter-Morsch Truss Model
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Modelli di
Progetto
Design
Models
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Fenomeni di aderenza/scorrimento
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Stringer-Panel Model
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Load Path: the flow of loads
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Load Path: knowledge
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Structural System
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Sistema
Strutturale
Structural
System
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147147Raccolta/Collection Trasmissione/Transfer Stabilizzazione/Bracingfranco bontempi
• Micro-level: local size of the sections, i.e. thickness, area, inertia, …
(Detailed Geometry)
• Meso-level: form of the structural element or structural part (substructure), i.e. main longitudinal axis, curvature, profile, …
(Global Geometry)
• Macro-level: connections of the different structural parts
(Load Path)
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Structure Essential
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Micro-level:local size of the sections,
i.e. thickness, area, inertia, … (Detailed
Geometry)
Meso-level: form of the structural
element or structural part (substructure), i.e. main
longitudinal axis, curvature, profile, … (Global Geometry)
Macro-level: connections of the different structural parts (Load Path)
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Optimization Levels
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• Spazialità
• Comportamento trave (B-regions)
• Regioni diffusive (D-regions)
• Modelli discreti traliccio/graticcio
• Modelli di progetto (S&T – SPM)
• Percorso dei carichi
• Sistema strutturale
• Nonlinearità
• Imperfezioni e incertezze150
Concetti chiave – Key Concepts• Spatiality
• Basic beam behavior (B-regions)
• Diffusive regions (D-regions)
• Discrete models (truss/gridworks)
• Design models (S&T – SPM)
• Load path
• Structural system
• Nonlinearity
• Imperfections and uncertaintyfranco bontempi
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Academics
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Titolo 11- ASN
• Specifiche esperienze professionali caratterizzate da attività di ricerca attinenti al settore concorsuale per cui è presentata la domanda per l'abilitazione.
• Il titolo verrà riconosciuto nel caso di esperienze professionali caratterizzate da problematiche complesse, affrontate con approcci e metodi non standard.
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1. La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi, strumenti,
sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da una solida e ampia base
culturale.
2. Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente un percorso
decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
3. L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e sicurezza: la
corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
4. Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
5. L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e complessivi,
predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali, aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
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franco bontempi 162
franco bontempi 163
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• La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi,
strumenti, sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da
una solida e ampia base culturale.
• Tecnica delle Costruzioni deals with structural design and design: it is a discipline of synthesis - in which ideas, theories, methods, tools, experimentation and empirical principles come together - leading to the choice of schemes, elements and components, structural materials, starting from a solid and broad cultural base.
Statement #1
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• Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente
un percorso decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
• The structural design involves a holistic view of the entire lifecycle of a construction and the environment in which it is immersed, necessarily envisaging a decision-making path characterized by assuming responsibility.
Statement #2
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• L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e
sicurezza: la corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
• Structural analysis is the prerequisite for understanding and exploring qualitative and quantitatively structural behavior in terms of performance and safety: a proper understanding of the relationship between model and reality is essential for this purpose.
Statement #3
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• Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
• The study of real construction cases, particularly in cases of failures, is an essential source of increased knowledge of the discipline.
Statement #4
171franco bontempi
• L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e
complessivi, predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali,
aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
• The teaching of the discipline must start from the general mechanical principles, promote a good understanding of the elementary and overall structural behaviors, prepare for a well-structured arrangement of the various structural parts supported by a coherent choice of materials, help to identify the possible situations where a construction can be in terms of actions and configurations.
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