Obiettivi Formativi

Il corso di Scienza delle Costruzioni si prefigge di:  OF1 (Conoscenza e comprensione): fornire allo studente una adeguata conoscenza teorica e degli aspetti metodologico-operativi della Scienza delle Costruzioni, con particolare riferimento alla valutazione della risposta, sia statica che cinematica, del singolo corpo caricato e dei sistemi articolati di più corpi caricati; con l'obiettivo principale di rendere applicabili le nozioni acquisite a problemi strutturali reali, utilizzando opportune tecniche analitiche;  OF2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): fornire gli strumenti di base della Scienza delle Costruzioni per modellare correttamente la struttura resistente di un organismo edilizio o di una infrastruttura in termini di azioni esterne, sfruttando consapevolmente le caratteristiche dei materiali, ed effettuando con rigore metodologico le verifiche di sicurezza e di stabilità, nel rispetto dei requisiti funzionali e strutturali; fornire gli strumenti utili per effettuare l'analisi strutturale di opere edili in conformità ai materiali scelti, alle metodologie costruttive, alla funzionalità, agli standard normativi; trasferire le capacità adeguate sia per ideare e sostenere argomentazioni teoriche che per risolvere problemi specifici relativi alla analisi strutturale di modelli semplificati di edifici e infrastrutture;  OF3 (Autonomia di giudizio): fornire gli strumenti per formulare e sviluppare pensieri e riflessioni autonome e originali nella ricerca di soluzioni ingegneristiche a problemi di media difficoltà, per sapersi pronunciare sulle prestazioni delle strutture dell'ingegneria civile; saper valutare criticamente gli effetti di azioni esterne sulle strutture, al fine di verificarne le ricadute progettuali in termini di sicurezza e funzionalità;  OF4 (Abilità comunicative): fornire gli strumenti per comunicare con linguaggio tecnico appropriato, non solo con esperti del proprio settore, ma anche ad interlocutori non specialisti, le problematiche e le soluzioni applicative specifiche della Scienza delle Costruzioni;  OF5 (Capacità di apprendimento): far crescere la consapevolezza di essere capaci di intraprendere con un elevato grado di autonomia studi di livello superiore, e di essere in grado di sfruttare le conoscenze acquisite per la soluzione di problemi di meccanica delle strutture e di seguire con profitto corsi di aggiornamento tecnico e normativo, con l'obiettivo di tenersi sempre al passo con il progresso scientifico e tecnologico specifico del settore dell'analisi strutturale.

Learning Goals

The course of Structural Mechanics aims to:  OF1 (Knowledge and understanding): provide students with an appropriate knowledge of theoretical concepts and of methodology-operative aspects with regard to the problems of structural mechanics, in order to evaluate the static and kinematic response of the single system as well as of combination of systems subjected to arbitrary loads; make the acquired concepts applicable to solve real structural problems, using appropriate analytical techniques;  OF2 (Ability to apply knowledge and understanding): provide students with the basic tools of the Structural Mechanics, in order to correctly model the resisting structures of a building system or infrastructure in terms of external loads, by also suitably taking into account the characteristics of the materials, and making the safety and stability verifications with a proper methodological rigor, having in mind the functional and structural requirements; provide useful tools to make the structural analysis of building systems in compliance with the chosen materials, the constructive methodologies, the functionality, and the standard requirements; transfer the knowledge to elaborate and support theoretical arguments and to solve specific problems related to the structural analysis of simplified structural models of buildings and infrastructures;  OF3 (Autonomy of judgment): provide tools to formulate and develop thoughts and autonomous, original re-elaborations for the search of engineering solutions of medium-difficulty problems, in order to express a critical judgment on the performance of civil engineering structures; critically assess the effects of the external loads acting on structures, in order to verity the design implications in terms of safety and functionality;  OF4 (Communication skills): provide students the ability to discuss the problems and the related applicative solutions of the Structural Mechanics with a proper technical language, not only with experts having the same technical background, but also with non-specialized people coming from different fields;  OF5 (Learning skills): enhance the awareness of being able to cope with higher-level studies in an autonomous way, and be able to exploit the concepts acquired in the course to solve problems of structural mechanics, as well as to attend specialized courses with the aim to keep up-to-dated with the scientific and technology progress specific of the field of structural analysis.

Metodi didattici

Il corso viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni frontali e le esercitazioni sono svolte principalmente alla lavagna, ritenendo che questo faciliti la comprensione ed una prima assimilazione dei concetti già in aula. Inoltre, gli argomenti trattati hanno un preciso riscontro nel libro di testo. Le esercitazioni vengono svolte dal docente su alcuni esempi fondamentali e successivamente anche 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. Il confronto tra gli studenti è incoraggiato ed è volto alla complessiva maturazione degli studenti, che va oltre il mero apprendimento della disciplina.

Teaching Methods

The course is provided through face-to-face lessons (24 hours) and classroom exercises (24 hours). The face-to-face lectures and exercises are mainly carried out on the board, believing that this facilitates the understanding and a first assimilation of the concepts already in the classroom. In addition, the topics covered have a punctual feedback in the textbook. The tutorials are carried out by the teacher on some key examples and later also by the students under the guidance of the teacher. They represent a fundamental moment of interaction and participation in which work group and the comparison of the results obtained are encouraged. The comparison between students is encouraged and is aimed at the overall maturation of students, which goes beyond the mere learning of the discipline.

Prerequisiti

Conoscenze di analisi matematica (concetti di limite, derivata, integrale, equazioni differenziali), di Geometria (calcolo matriciale, problema agli auto-valori), conoscenze di Fisica (concetti di forze, tensioni); conoscenze di Meccanica Razionale (calcolo vettoriale, equilibrio, qualità dell’equilibrio), conoscenza delle nozioni acquisite nel corso di Scienza delle Costruzioni I.

Prerequisites

Knowledge of Mathematics (concepts of limit, derivative, integral, differential equations), of Geometry (matrix calculus, eigenvalue problems), of Physics (concepts of force and stress), of Rational Mechanics (vector calculus, equilibrium and quality of the equilibrium, stable, unstable), knowledge acquired in the course of Structural Mechanics I.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso un esame che consta di una prova scritta e di una prova orale. La prova scritta si riferisce alla risoluzione di 2/3 problemi appartenenti alle tipologie trattate in aula. Essa consente di valutare gli allievi sia per le conoscenze acquisite sui contenuti teorici, sia per le loro capacità di affrontare un semplice problema, per loro inedito nei dettagli ma non nella tipologia. La valutazione prevede la conoscenza dell’ammissione alla prova orale o meno dell’allievo. Solo gli ammessi dalla prova scritta possono sostenere la prova orale, che è parte integrande dell’esame. Solo in casi eccezionali, per motivazioni espresse dagli allievi, gli ammessi dalla prova scritta possono non fare quella orale. In tal caso la valutazione dell’esame è quella minima. La valutazione minima viene anche concessa agli allievi che, avendo superato la prova scritta, non superano la prova orale. La prova orale può svolgersi contestualmente a quella orale, ovvero dopo pochi giorni dalla prova scritta. Essa ha l’obiettivo di evidenziare il grado di approfondimento degli argomenti e di 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 formulata tenendo conto complessivamente delle due prove.

Assessment

The learning test is carried out through an examination involving a written test and an oral part. The written part refers to the resolution of some problems belonging to the types dealt with in the classroom. It allows to evaluate the students both for the knowledge acquired on theoretical content, and for their ability to deal with a simple problem. Thea oral part aims to highlight the degree of depth of topics and the ability to link the different parts of the course. During the oral test, the methodological rigor and language ownership in the presentation of the arguments are also assessed. In this way, the final assessment is made considering the results of the written and oral parts.

Programma del Corso

PRINCIPIO DEI LAVORI VIRTUALI: quantità virtuali statiche e cinematiche; soluzioni cinematicamente e staticamente ammissibili; PLV in forma primaria, secondaria e mista.. TEOREMI DI RECIPROCITA’: Teorema di Betti, Maxwell, Colonnetti e Volterra; il 1° e il 2° teorema di Castigliano. PROBLEMA DELL’EQUILIBRIO ELASTICO: equazioni che governano il problema; esistenza e unicità della soluzione; l’approccio agli sforzi interni (equazioni di Beltrami-Mitchell); l’approccio agli spostamenti (equazioni di Navier). VALUTAZIONE DEGLI SPOSTAMENTI NEI SISTEMI ARTICOLATI DI TRAVI: equazione differenziale della linea elastica e trasversale; applicazione del PLV e il metodo della forza unitaria, il teorema di Clapeyron.. CRITERI DI SICUREZZA: il concetto di dominio elastico e di funzione indicatrice della crisi; criterio della massima tensione normale (Galilei); criterio della massima deformazione assiale (Grashof); criterio della massima tensione tangenziale (Tresca); criterio della massima energia di deformazione (Beltrami); criterio della massima energia di distorsione (Henky-Von Mises). SOLUZIONE DEI SISTEMI ARTICOLATI DI TRAVI IPERSTATICI: metodo delle forze; metodo degli spostamenti; sistemi a nodi fissi e sistemi a nodi spostabili, telai regolari; travature reticolari iperstatiche. TEORIA DI DE SAINT VENANT: metodo di soluzione semi-inverso; espressione esatta delle tensioni normali; stato tensionale e deformativo per lo sforzo normale; stato tensionale e deformativo per la flessione; flessione compota e flessione deviata; teoria approssimata per lo studio del taglio; teoria approssimata per lo sudio delle torsione.

Course Syllabus

PRINCIPLE OF VIRTUAL WORKS: static and cinematic virtual quantities; statically permissible and cinematically permissible solution; primary, secondary and mixed form of the principle. RECIPROCITY THEOREMS: theorems of Betti, Maxwell, Colonnetti e Volterra; the 1° and 2° theorems of Castigliano. ELASTIC BALANCE PROBLEM: the problem's governing equations; the existence and uniqueness of the solution; the approach to tensions (Beltrami-Mitchell equations); the approach to displacement (Navier equations). EVALUATING DISPLACEMENTS IN ARTICULATED BEAM SYSTEMS: differential equation of the axial and cross elastic line; application of the principle of virtual work and the method of unitary force; the Clapeyron theorem. SECURITY CRITERIA: the concept of elastic domain and indicative functions; the maximum normal stress (Galileo); the criterion of maximum axial deformation (Grashof); the criterion of maximum tangential stress (Tresca); the criterion of maximum strain energy (Beltrami); the criterion of maximum distortion energy (Henky-VonMises). SOLUTION OF HYPERSTATIC ARTICULATED SYSTEMS OF BEAMS: force method; displacement method; fixed node and moveable node systems; regular frames; hyperstatic trusses. DE SAINT VENANT THEORY: semi-inverse solution method; exact expression of tensions; tensional and deformative state for normal effort; tensional and deformative state for simple bending; compound bending and deviated bending; approximate theory for the study of shear; approximate theory for the study of twisting.