Obiettivi Formativi

L’insegnamento di “Sicurezza delle strutture intelaiate e in muratura” ha l’obiettivo di fornire agli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile le conoscenze di base sul comportamento meccanico delle strutture, sia in campo statico che in quello dinamico, quando queste si trovano in condizione di comportamento limite, fornendo gli strumenti teorici e applicativi per determinarne le condizioni di affidabilità e, quindi, di sicurezza. Inoltre, si propone di fornire un quadro generale delle problematiche relative al comportamento strutturale delle costruzioni murarie includendo aspetti legati da un lato alla modellazione meccanica della muratura e dall’altro alla sicurezza sismica e conservazione di edifici in muratura esistente. - l’apprendimento dei contenuti del corso consentirà all’allievo di acquisire, relativamente alle strutture intelaiate, la piena comprensione delle leggi che governano la statica e la dinamica delle strutture nell’ipotesi che queste lavorino in campo non lineare e/o in regime di grandi spostamenti; relativamente alle strutture in muratura, una conoscenza ampia sulle caratteristiche del materiale “muratura” e del relativo comportamento meccanico delle strutture realizzate in muratura portante con i relativi meccanismi di collasso locale per le strutture murarie danneggiate dagli eventi sismici. - alla conclusione del corso lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi di analisi limite delle strutture, di stabilità dell’equilibrio e di calcolo di affidabilità delle strutture. Inoltre dovrà essere in grado di valutare la verifica relativamente ai singoli pannelli murari e alla costruzione in muratura nel suo insieme (anche con l’utilizzo di appropriati software di calcolo strutturale) e di scegliere il metodo più idoneo alla verifica e alla valutazione della sicurezza per le strutture murarie esistenti, nonché gli interventi più idonei per il ripristino e il consolidamento. - lo studente deve essere in grado di riconoscere il problema da affrontare e di valutarne la soluzione scegliendo il metodo da applicare e comprendendo la tipologia di verifica e/o di intervento da adottare. - la comprensione e l’acquisizione degli argomenti dovrà essere accompagnata dall’uso di un linguaggio appropriato e rigoroso, utile alla presentazione chiara ed efficace dei risultati ottenuti e a consentire una interlocuzione sicura sia con esperti nella materia che con soggetti di diversa formazione. Lo studente dovrà mostrare le capacità applicative in maniera critica con presentazione e discussione delle esercitazioni assegnate svolte dallo studente singolarmente e/o in gruppo. - l’allievo potrà maturare la capacità di mettere in relazione quanto assimilato con ciò che è indicato al riguardo nelle attuali Norme sulle Costruzioni in Zona Sismica. Inoltre potrà aggiornarsi tramite la consultazione di testi e pubblicazioni scientifiche al fine di approfondire i temi che si affrontano nell’ambito dello studio della sicurezza delle strutture intelaiate e in muratura.

Learning Goals

The "Safety of framed and masonry structures" course for students of the Master of Science in Civil Engineering aims to provide basic knowledge on the mechanical behaviour of structures, both in static and dynamic states, when they are in condition of limit behaviour, providing the theoretical and application tools to determine their reliability and, therefore, their safety conditions. Furthermore, the above-mentioned course aims to offer a general overview on the problems relating to the structural behavior of masonry constructions including aspects related on one hand to the mechanical modeling of the masonry and on the other hand to seismic safety and conservation of existing masonry buildings - learning the course subjects will allow the student to acquire, with respect to the framed structures, a full understanding of the laws governing the statics and dynamics of the structures under the hypothesis that these work in the non-linear field and/or large scale displacements; with regard to masonry structures, a broad knowledge of the characteristics of the "masonry" material and of the relative mechanical behavior of the structures realized by masonry with the relative local collapse mechanisms for masonry structures damaged by seismic events. - at the end of the course, the student must be able to apply the knowledge acquired to solve problems of limit analysis of structures, equilibrium stability and calculation of reliability of structures. Furthermore, the student must be able to evaluate the inspection relating to the individual wall panels and to the masonry construction as a whole (also with the use of appropriate structural calculation software) and to choose the most suitable method for check and safety assessment for existing masonry structures, as well as the most suitable interventions for restoration and consolidation. - the student must be able to recognize the problem to deal with and evaluate its solution by choosing the method to be applied and understanding the type of verification and/or intervention to be adopted. - the understanding and acquisition of the course topics must be accompanied by the use of appropriate and rigorous language, useful for the clear and effective presentation of the obtained results and to allow a safe dialogue with both experts in the subject and with people of different backgrounds. The student will have to demonstrate the application skills critically with presentation and discussion of the assigned exercises carried out by the student individually and/or in a group - the student will gain the ability to relate what is assimilated with what is indicated in this regard in the current Regulations on Construction in Seismic Zones. It will also be able to update itself through the consultation of scientific texts and publications in order to deepen the issues that are addressed in the context of the study of the safety of framed and masonry structures.

Metodi didattici

Il corso 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 Power Point 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. Esse rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e il confronto tra i risultati ottenuti. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati a turno per illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e da affinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso. Il confronto tra gli studenti è volto alla loro complessiva maturazione, che va oltre il mero apprendimento della disciplina.

Teaching Methods

The course comprises lectures (24 hours) and classroom exercises (24 hours).The lectures are carried out with the help of a computer, with Power Point slides related to the topics of the program. At the end of the lecture, the students are provided with these notes/slides, which represent a useful guide for studying at home. The exercises are carried out by the teacher on some fundamental examples and subsequently by the students under the supervision of the teacher. They represent a fundamental moment of interaction and participation in which teamwork and comparison between results obtained by different groups is encouraged. During the exercises, students are called in turn to illustrate the results obtained in order to stimulate their ability to formulate solutions developed independently or in groups, to become familiar with the presentation of their results and to improve their ability to discuss using rigorous language. The comparison between the students is aimed at their overall maturation, which goes beyond the mere learning of the discipline.

Prerequisiti

Al fine di potere comprendere i contenuti del corso è richiesta la conoscenza dei principi fondamentali della Scienza delle Costruzioni, della Tecnica delle Costruzioni e della Dinamica delle Strutture che saranno richiamati con continuità durante le lezioni riguardanti sia i contenuti teorici che quelli più propriamente applicativi.

Prerequisites

In order to be able to understand the course topics, knowledge of the fundamental principles of Strength of Materials, Building Technique and Structural Dynamics is required; some concepts will be continuously referred to during the lessons regarding both theoretical and more specifically applicative contents.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso un esame che consta di due prove scritte e di una eventuale prova orale. La prima prova scritta, della durata di un'ora, è relativa alla verifica dell'apprendimento delle nozioni teoriche impartite durante il corso. In particolare, alla fine del corso viene fornito un elenco di tutti i possibili argomenti che saranno oggetto di verifica. La prova prevede di sviluppare uno degli argomenti che viene estratto a sorte tra quelli indicati. La seconda prova scritta, di tipo applicativo e della durata di 3/4 ore, consiste nella risoluzione di due problemi relativi agli argomenti trattati a lezione. La valutazione pesa la prima prova scritta teorica al 40% e la seconda prova scritta applicativa al 60%. Le due prove scritte consentono di valutare l'allievo sia per le conoscenze acquisite sui contenuti teorici, sia per quanto riguarda le sue capacità di affrontare un problema reale. La valutazione complessiva viene formulata in trentesimi. L'eventuale prova orale si svolge dopo pochi giorni dalle due prove scritte e su espressa richiesta dell'allievo, che in tal modo può dimostrare meglio il suo grado di preparazione, l'approfondimento degli argomenti e la capacità di collegare le diverse parti del programma. Durante la prova orale sono altresì oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti. In tal modo la valutazione finale viene riformulata tenendo conto complessivamente delle due prove scritte e della prova orale.

Assessment

Verification of learning is carried out through an exam consisting of two written tests and one oral test (the latter being not compulsory). The first written test, of one-hour duration, is related to the verification of the learning of the theoretical aspects imparted during the course. In particular, at the end of the course a list of all possible topics that will be subject to verification is provided. The test involves developing one of the arguments that is randomly chosen from the list of all possible topics indicated. The second written test, of applicative type and of 3/4 hour duration, consists of solving two problems related to the topics covered in class. The evaluation weighs the first theoretical written test at 40% and the second applicative written test at 60%. The two written tests allow the student to be assessed both for the knowledge acquired on the theoretical contents and with regard to his ability to face a real problem. The overall evaluation is formulated in x/30.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A001223 - SICUREZZA DELLE STRUTTURE INTELAIATE E IN MURATURA - MOD. A ------------------------------------------------------------ - Proprietà dei materiali e tipologie della muratura: malta ed elementi artificiali o naturali; classificazione di elementi resistenti naturali ed artificiali; resistenza a compressione dei materiali; classificazione delle murature e tecniche di esecuzione. - Proprietà della muratura: caratteristiche meccaniche della muratura; resistenza della muratura: prove di compressione e trazione monoassiale, prove di compressione diagonale, prove di compressione e taglio; parametri meccanici della muratura; modellazione del comportamento a compressione della muratura; il legame costitutivo della muratura. - Il comportamento della muratura portante: muri soggetti a sforzo normale centrato ed eccentrico, pressoflessione nel piano del muro, ribaltamento del muro, rigidezza di un pannello murario, ripartizione delle azioni taglianti sui setti murari. - Maschi murari e fasce di piano: collasso della parete nel proprio piano; resistenza a taglio e flessione nelle fasce di piano; modellazione delle fasce di sismo-resistenti; collasso dei maschi murari. - Criteri di resistenza e stati limite di pannelli murari: resistenza di un pannello murario: SLU per pressoflessione, rottura (SLU) per fessurazione diagonale e per taglio scorrimento; il criterio di resistenza a trazione convenzionale e il criterio alla “Coulomb”; azioni ortogonali al piano medio ed effetto del secondo ordine. - Organizzazione scatolare e criteri di modellazione sismica: comportamento scatolare; modelli a telaio equivalente e a macroelementi. - Analisi sismica globale: analisi statica lineare; analisi dinamica modale; analisi statica non lineare (push-over);analisi dinamica non lineare. - Verifiche di murature ordinari: fenomeni di instabilità per carico di punta, snellezza convenzionale; verifica agli stati limite per pressoflessione; verifica a taglio per azioni nel piano del muro; rottura per taglio-scorrimento; rottura per fessurazione diagonale; spostamento combinato per flessione e taglio; pressoflessione fuori del piano del muro e valutazione delle eccentricità di carico sullo spessore della muratura; flessione e taglio su “travi di accoppiamento” in muratura. - Norme sulle murature esistenti: valutazione della sicurezza; classificazione degli interventi; procedure per la valutazione della sicurezza e la redazione dei progetti. Livelli di conoscenza LC1, LC2 ed LC3 e fattori di confidenza; resistenze di progetto per murature esistenti; coefficienti correttivi. - Macroelementi e meccanismi di danno:i meccanismi di danno di primo modo (fuori dal piano) e di secondo modo (nel piano o “a taglio”); analisi del danno: vulnerabilità tipiche e vulnerabilità specifiche; meccanismi di danno di primo modo: ribaltamento semplice, ribaltamento composto, flessione verticale, flessione orizzontale; meccanismi di danno di secondo modo; fattori che possono influenzare i meccanismi di danno. - Valutazione della sicurezza di edifici esistenti in muratura: studio dei meccanismi locali: analisi cinematica lineare e non lineare; verifiche di sicurezza. - Modellazione dei meccanismi di danno: schematizzazione del meccanismo e calcolo degli spostamenti; ribaltamento semplice di parete monolitica; di parete a doppia cortina; ribaltamento composto; flessione verticale e orizzontale; arretramento della cerniera di base. - La progettazione degli interventi: dimensionamento e calcolo di un tirante; cordoli in cemento armato, in acciaio, in legno; miglioramento delle connessioni perimetrali; incremento di resistenza di elementi murari; consolidamento della parete in muratura con FRP e con tecnica dell’intonaco armato. - Applicazioni con software di calcolo per le murature. ------------------------------------------------------------ Modulo: A001224 - SICUREZZA DELLE STRUTTURE INTELAIATE E IN MURATURA - MOD. B ------------------------------------------------------------ 1. I PRODOTTI - I prodotti lunghi - I prodotti piani - Il materiale acciaio: processi di lavorazione e i trattamenti termici - Le imperfezioni meccaniche e geometriche - Il metodo semiprobabilistico agli stati limite - Metodi di analisi: elastico, plastico, semplificato - L'approccio progettuale 2. LE TIPOLOGIE STRUTTURALI - Il trasferimento delle azioni verticali e orizzontali - Classificazione dei telai - Classificazione delle sezioni trasversali - I telai pendolari - La disposizione dei controventi 3. GLI ELEMENTI TESI - Dimensionamento degli elementi tesi 4. GLI ELEMENTI SOGGETTI A TORSIONE - Concetti fondamentali - Profili a doppio T con due assi di simmetria - Profili con un solo asse di simmetria - Torsione mista 5. GLI ELEMENTI INFLESSI - Deformabilità, sensibilità alle vibrazioni, resistenza, stabilità - Resistenza a flessione, a taglio e a flessione e taglio - Verifiche di stabilità - Progettazione di elementi inflessi con interasse definito o non definito 6. GLI ELEMENTI COMPRESSI - La stabilità e il carico critico - L'asta ideale e l'asta industriale - Effetto dell'azione tagliante sul carico critico - Verifiche di stabilità - Progetto di elementi compressi - Efficacia della controventatura 7. GLI ELEMENTI PRESSOINFLESSI - Deformabilità, resistenza e stabilità - Verifiche di resistenza - Verifiche di stabilità 8. LE UNIONI BULLONATE - Le unioni a taglio - Le unioni a trazione - Le unioni a taglio e trazione - Prescrizioni dimensionali - Verifiche delle unioni a taglio, a trazione e a taglio e trazione - Verifica delle unioni ad attrito - Verifica a rifollamento della lamiera. 9. LE UNIONI SALDATE - Generalità sulle unioni saldate: difetti metallurgici e geometrici, controlli - Le sollecitazioni nelle unioni saldate - La trazione: cordoni laterali, cordoni frontali, cordoni inclinati, combinazioni - La flessione e il taglio: cordoni frontali longitudinali, trasversali, combinazioni - La torsione e il taglio: cordoni laterali, cordoni frontali, combinazioni - Verifica delle unioni saldate: a completa penetrazione, a parziale penetrazione, a cordoni d'angolo. 10. I COLLEGAMENTI - Articolazioni e giunti - Articolazioni a perno e per contatto - Giunti intermedi: trave-trave e colonna-colonna -Giunti di estremità: trave-colonna, tra travi primaria e secondaria - Giunti di estremità: per elementi di controvento, di base, tra elementi in acciaio e in calcestruzzo - Giunti a cerniera, giunti rigidi, semi rigidi.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A001223 - SICUREZZA DELLE STRUTTURE INTELAIATE E IN MURATURA - MOD. A ------------------------------------------------------------ - Materials making up the masonry: mortar and artificial or natural elements; compressive strength of materials; masonry classification and execution techniques. - Masonry properties: masonry mechanical characteristics; masonry resistance; monoaxial compression and traction tests, diagonal compression tests, compression and shear tests; mechanical parameters of the masonry; modelling the compression behaviour of masonry; the constitutive bond of the masonry. - The behaviour of the load-bearing masonry: walls subjected to normal centred and eccentric stress, bending in the plane of the wall, overturning of the wall, rigidity of a wall panel, distribution of cutting actions on the wall partitions. - Masonry piers and spandrels; collapse of the wall in its own plane; shear and flexural strength in the floor strips; modelling of seismic resistant spandrels; collapse of the masonry piers. - Resistance criteria and limit states of wall panels; resistance of a wall panel: SLU for bending, shear effects (SLU) for diagonal cracking and for sliding cut, the conventional tensile strength criterion and the "Coulomb" criterion; orthogonal actions to the middle plane and second order effect. - Box behaviour and seismic modelling criteria; equivalent frame and macro-element models. - Global seismic analysis: linear static analysis; dynamic modal analysis; nonlinear static analysis (push-over); nonlinear dynamic analysis. - Checks of ordinary walls: instability phenomena due to peak load, conventional slenderness; verification of limit states by pressure bending; shear verification for actions in the plane of the wall; breaking by cutting-sliding; diagonal crack break; combined displacement for bending and cutting; pressure bending outside the plane of the wall and evaluation of the load eccentricities on the thickness of the masonry; bending and cutting on "coupling beams" in masonry. - Standards on existing walls: safety assessment; classification of interventions: adaptation interventions, improvement interventions, repairs or local interventions; procedures for safety assessment and drafting of projects. Levels of knowledge and confidence factors. - Macro-elements and damage mechanisms: hypothesis of monolithic behaviour; the damage mechanisms of the first mode (out of the plane) and the second mode (in the plane or "cut"); damage analysis: typical vulnerabilities and specific vulnerabilities; damage mechanisms of first mode: simple overturning, compound overturning, vertical bending, horizontal bending; damage mechanisms of second way; factors that can influence damage mechanisms. - Assessment of the safety of existing masonry buildings; study of local mechanisms: linear and nonlinear kinematic analysis; safety checks and capacity determination (spectral acceleration of activation) and demand determination (maximum acceleration expected in a given location). - Damage mechanism modelling: modelling of off-plane mechanisms; schematization of the mechanism and calculation of displacements; simple overturning of monolithic wall; double curtain wall; compound overturning; vertical and horizontal flexion; retraction of the base hinge. - The planning of the interventions: interventions on the masonry; metal tie rods: sizing and calculation of a tie rod; reinforced concrete, steel and wooden curbs; improvement of the perimeter connections; resistance increase of wall elements; consolidation of the masonry wall with FRP and with reinforced plaster technique. - Applications with calculation software for masonry. ------------------------------------------------------------ Modulo: A001224 - SICUREZZA DELLE STRUTTURE INTELAIATE E IN MURATURA - MOD. B ------------------------------------------------------------ 1. THE PRODUCTS - Long products - Plane products - Steel material: manufacturing processes and heat treatments - Mechanical and geometric imperfections - The semiprobabilistic limit state method - Analysis methods: elastic, plastic, simplified - The design approach 2. Structural typologies - The transfer of vertical and horizontal actions - Classification of frames - Classification of cross sections - Frames with hinged joints - Placement of braces 3. Elements under tension - Design of elements under tension - Elements under torsion - Fundamental concepts - Double T profiles with two axes of symmetry - Profiles with a single axis of symmetry - Mixed torsion 5. Elements under bending - Deformability, sensitivity to vibrations, resistance, stability - Flexural, shear and flexural and shear strength - Buckling verification - Design of elements under bending with defined or undefined center distance 6. Elements under compression - Stability and critical buckling load - Ideal beam and real beam - Effect of the shear action on the buckling load - Buckling verifications - Design of compressed elements - Effectiveness of bracing 7. Elements under bending and axial force - Deformability, strength and stability - Strength verifications - Stability verifications 8. Bolted joints - Joints under shear action - Joints under axial force action - Joints under combined shear and axial force action - Dimensional requirements - Verifications of shear, traction and combined shear and traction joints - Verification of friction joints - Checking of the sheet metal 9. Welded joints - General information on welded joints: metallurgical and geometric defects, checks - Stresses in welded unions - Traction: side cords, front cords, inclined cords, combinations - Bending and shear action: longitudinal, transverse frontal cords, combinations - Torsion and shear: side cords, front cords, combinations - Verification of welded joints: full penetration, partial penetration, with corner cords 10. The connections - Joints - Pin and contact joints - Intermediate joints: beam-beam and column-column - End joints: beam-column, between primary and secondary beams - End joints: for bracing elements, base elements, between steel and concrete elements - Hinge joints, rigid joints, semi rigid