Obiettivi Formativi

L'obiettivo del corso di Tecnica delle Costruzioni è quello di fornire allo studente di Ingegneria Civile e dei Sistemi Edilizi le conoscenze e le metodologie di base per la progettazione e la verifica di semplici strutture realizzate con i materiali tipici dell’Ingegneria Civile (il cemento armato e l'acciaio), integrando le nozioni teoriche acquisite nel corso di Scienza delle Costruzioni e rendendole applicabili a problemi strutturali reali. Il corso si propone di fornire agli studenti le basi per la successiva estensione al caso di organismi strutturali più complessi (edifici, ponti, strutture in zona sismica), che saranno oggetto di studio specifico di corsi successivi. I contenuti proposti sono coerenti all'evoluzione delle normative nazionali ed europee. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e la comprensione dei principi fondamentali della disciplina per: a) individuare in una costruzione l'organismo strutturale effettivamente resistente e differenziarlo dagli elementi costruttivi di completamento, aventi essenzialmente valenza architettonica, distributiva e funzionale; b) determinare con cura le azioni sulle costruzioni rispetto alle quali esse devono garantire un adeguato livello di resistenza, secondo i più recenti criteri di progettazione basati su un approccio probabilistico dell'affidabilità strutturale; c) scegliere il modello strutturale più adeguato e i metodi di analisi (lineari e non lineari) più opportuni per valutare le sollecitazioni massime alle quali le strutture sono soggette in conseguenza delle azioni su di esse agenti; d) determinare accuratamente le proprietà meccaniche più importanti dei materiali da costruzione più comuni (calcestruzzo, acciaio dolce, acciaio ad alta resistenza, acciaio da carpenteria metallica), utili per una corretta progettazione dell'organismo strutturale, tenendo debito conto delle inevitabili incertezze di cui sono affette per garantire un adeguato margine di sicurezza; e) progettare e verificare le membrature di strutture in cemento armato e le membrature e i collegamenti di strutture in acciaio, garantendo al contempo funzionalità e resistenza, nel rispetto dei più moderni criteri semi-probabilistici basati sulla verifica agli stati limite (di esercizio e ultimi); f) tenere conto nella progettazione delle strutture in cemento armato e in acciaio delle risorse di resistenza dovute alla duttilità dei materiali da costruzione, secondo i più recenti criteri di progettazione delle strutture soggette al sisma.

Learning Goals

The aim of the course Structural Engineering is to provide the students with the knowledge and basic methodologies for the design and verification of simple structures realized with typical materials of the Civil Engineering field (reinforced concrete and steel). Theoretical concepts, acquired in the courses of Structural Mechanics, will be integrated by making them more applicable to real structural problems. The course aims to provide students with concepts for the understanding of complex structural systems (buildings, bridges), which will be object of future specific courses. The proposed contents are in line with the evolution of the National and European building codes. At the end of the course, the student will be able to apply the acquired knowledge and the understanding of the basic principles in order to a) identify the main structural system in a structure, and distinguish it from the non-structural components, having instead a mere architectural function; b) determine the actions in a structure, which should guarantee an appropriate level of strength according to the recent design criteria based on the probabilistic framework; c) select the most appropriate structural model and structural analysis type (linear versus nonlinear); d) determine the most important mechanical properties of the most commonly used materials (concrete, steel, high-strength steel, structural steel), useful for an appropriate design of the structure, accounting for the unavoidable randomness to guarantee an adequate safety margin; e) design and verify the structural members in reinforced concrete structures as well as the structural members and the joints in steel structures, guaranteeing both functionality and strength, complying with the modern semi-probabilistic ultimate limit states principles; f) account for the ductility of the reinforced concrete structures and steel structures, according to the modern design principles of structures subjected to seismic loads. The aim of the course Structural Engineering is to provide the students with the knowledge and basic methodologies for the design and verification of simple structures realized with typical materials of the Civil Engineering field (reinforced concrete and steel). Theoretical concepts, acquired in the courses of Structural Mechanics, will be integrated by making them more applicable to real structural problems. The course aims to provide students with concepts for the understanding of complex structural systems (buildings, bridges), which will be object of future specific courses. The proposed contents are in line with the evolution of the National and European building codes.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni frontali sono svolte con l'ausilio di computer, proiettando su schermo gli appunti in PowerPoint relativi all'argomento trattato. Alla fine della lezione tali appunti vengono forniti agli studenti, essendo utili come guida per lo studio a casa. Le esercitazioni vengono svolte dal docente su alcuni esempi fondamentali e successivamente dagli studenti sotto la guida del docente.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, is held through oral lectures (24 hours) accompanied by seminars and exercises (24 hours). Lectures in the classroom are held through computer, by projecting slides in PowerPoint related to the topics. At the end of each lecture, the slides are distributed among the students, and are a useful reference for homework. Exercises in the classroom are performed by the teacher through fundamental examples and, afterwards, guided exercises with teacher support are carried out by students.

Prerequisiti

Conoscenze di Analisi Matematica (concetti di limite, derivata, integrale, equazioni differenziali), conoscenze di Fisica (concetti di forza, attrito, resistenza), conoscenze di Meccanica Razionale (equilibrio di forze, tensioni, deformazioni), conoscenze di Scienza delle Costruzioni (equazioni di equilibrio e di congruenza per i mezzi continui, equazioni costitutive dei materiali, criteri di resistenza dei materiali duttili e fragili, stabilità dell’equilibrio, risoluzione di sistemi isostatici, metodo delle forze e delle deformazioni per la risoluzione di sistemi iperstatici).

Prerequisites

Mathematics concepts (limit, derivative, integral, differential equations), physics concepts (force, friction, resistance), rational mechanics concepts (equilibrium of forces, stresses, deformation), structural mechanics concepts (equilibrium and compatibility of continua, constitutive equations of materials, strength criteria for ductile and brittle materials, stability of equilibrium, statically determinate systems, statically indeterminate systems).

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata con un esame orale, al fine di verificare l'apprendimento degli strumenti teorici e analitici forniti durante il corso, insieme alla discussione degli elaborati progettuali assegnati durante il corso e inerenti la progettazione e la verifica di elementi di strutture in cemento armato e in acciaio. Durante la prova orale sono oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova orale.

Assessment

Verification of learning is carried out through an oral exam to verify the learning of theoretical concepts of the course, and the discussion of the exercises and projects related to the design and assessment of structural elements of reinforced concrete and steel structure, which are assigned during the course. During the oral exam, methodological rigor and the language confidence in the presentation of the topics are also evaluated. The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the oral exam.

Programma del Corso

PARTE PRIMA - SICUREZZA E AZIONI La sicurezza e l'affidabilità strutturale Approccio probabilistico alla valutazione della sicurezza Variabili aleatorie e distribuzione di probabilità Metodi probabilistici di livello III e II Metodi di affidabilità normativi: Metodi semi-probabilistici (livello I) Le azioni sulle costruzioni Carichi permanenti e imposti Carichi da neve, da vento, variazioni termiche Combinazione delle azioni Cenno alle azioni sismiche Richiami di analisi strutturale PARTE SECONDA - COSTRUZIONI IN CEMENTO ARMATO I materiali da costruzione Comportamento del calcestruzzo Effetti della temperatura, ritiro e viscosità del calcestruzzo Legami costitutivi pluriassiali del calcestruzzo Comportamento dell'acciaio di armatura Aderenza acciaio-calcestruzzo: modello fisico e teorico Calcolo elastico e stato limite di esercizio Materiali e ipotesi di calcolo Calcolo delle tensioni in condizioni di esercizio Verifica delle sezioni soggette a flessione semplice e composta con piccola e grande eccentricità Limitazione delle tensioni Stato limite di fessurazione Calcolo dell'apertura delle fessure Stato limite di deformazione Calcolo delle frecce Stato limite ultimo per flessione e pressoflessione Legami costitutivi del calcestruzzo e dell'acciaio Sezioni soggette a tensioni normali Comportamento della sezione inflessa: metodo dello stress block, legame parabola rettangolo ed elasto-plastico del calcestruzzo Comportamento della sezione inflessa: legame elastico-incrudente dell'acciaio Comportamento della sezione pressoinflessa Domini di pressoflessione retta su sezioni ad armatura doppia simmetrica e non simmetrica Sezione circolare Verifiche in pressoflessione deviata Stato limite ultimo per taglio Trattazione elastica Travi senza armatura a taglio Travi armate a taglio: meccanismo di Ritter-Mörsch Travi armate a taglio: meccanismo a inclinazione variabile Verifica della sezione e progetto delle armature Traslazione del momento flettente Stato limite ultimo per torsione Modello a traliccio spaziale Verifica della sezione e progetto delle armature Sollecitazioni composte Applicazioni progettuali Progetto di un solaio in latero-cemento Progetto di una travata in calcestruzzo armato Progetto di un pilastro in calcestruzzo armato PARTE TERZA - COSTRUZIONI IN ACCIAIO Il materiale acciaio delle strutture metalliche Le principali caratteristiche dell'acciaio da carpenteria metallica Processi di lavorazione, trattamenti termici I prodotti in commercio Le imperfezioni meccaniche e geometriche Classificazione delle sezioni trasversali L'influenza dei fenomeni di instabilità Classificazione dei profili secondo le NTC Elementi in acciaio soggetti a trazione Elementi in acciaio soggetti a compressione La resistenza: verifiche secondo le NTC Elementi in acciaio soggetti a flessione Deformabilità, sensibilità alle vibrazioni, resistenza, stabilità Elementi in acciaio soggetti a presso-flessione e a forze trasversali Verifiche di resistenza e stabilità di elementi soggetti a pressoflessione Applicazioni progettuali Progetto di un solaio in lamiera grecata Progetto di elementi strutturali di un edificio in acciaio “pendolare” e verifiche di deformabilità

Course Syllabus

FIRST PART – Safety and actions Safety and structural reliability Probabilistic approach for the safety evaluation Random variables and probability distribution Limit state and collapse functions Probabilistic methods of level III and II Reliability methods based on building codes: semi-probabilistic methods (level I) Actions on structures Permanent and variable loads Snow, wind and thermal loads Combinations of loads Seismic actions (fundamentals) Basics of structural analysis SECOND PART – Reinforced concrete structures Construction materials in reinforced concrete structures Concrete behavior Effects of temperature, shrinkage, viscosity of concrete Multiaxial constitutive models for concrete Steel behavior Bond between concrete and steel: physical and theoretical model Elastic calculation and operating limit state on reinforced concrete structures Materials and calculation assumptions Stress calculation in operating conditions Verification of sections under simple and combined bending action Combined bending with small and large eccentricity Limitation of stresses Cracking limit state Crack width control Deformation limit state Deflection calculation Ultimate limit state for bending and axial-bending Constitutive models for concrete and steel Sections subjected to normal stresses Behavior of the section under bending: stress-block model, parabola-rectangular model, and elasto-plastic model for concrete Behavior of the section under bending: hardening behavior of steel Behavior of the section under combined bending and axial force Interaction domains (axial-bending) on sections with double-symmetric re-bars and non-symmetric re-bars Circular section Verifications in biaxial bending Ultimate limit state for shear Elastic models Beams without stirrups Beams with stirrups: Ritter-Mörsch model Beams with stirrups: variable strut inclination model Design and analysis of the section, and design of the transverse reinforcement Translation of bending moment Ultimate limit state for torsion Spatial truss model Section verification and design of reinforcement Combined actions Design applications Design of a reinforced concrete slab Design of a reinforced concrete beam Design of a reinforced concrete column THIRD PART – Steel structures Steel material and steel structures Main characteristics of steel Manufacturing process, and thermal tretments Markets products and sections Geometric and mechanical imperfections Classification of steel sections Influence of buckling Classification of sections according to Italian Building Code Steel elements subjected to traction Steel elements subjected to compression Strength and verification according to Italian Building Code Steel elements subjected to bending Deformability, sensitivity to vibration, strength and stability Steel elements subjected to combined axial-bending Analysis and design of elements subjected to combined axial bending Design applications Design of a corrugated sheet slab Design of structural elements of a steel building with hinged scheme and deformability verifications