Obiettivi Formativi

Il corso di Scienza delle Costruzioni si prefigge di: fornire allo studente una adeguata conoscenza teorica e degli aspetti metodologico-operativi della Scienza delle Costruzioni, con particolare riferimento al comportamento meccanico dei materiali e delle strutture; di fornire gli strumenti teorici e applicativi per la caratterizzazione meccanica dei materiali da costruzione omogenei ed elastico-lineari; con l'obiettivo principale di rendere applicabili le nozioni acquisite a problemi strutturali reali, utilizzando opportune tecniche analitiche; 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; 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; 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; 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; 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: provide students with an appropriate knowledge of theoretical concepts and of methodology-operative aspects with regard to the problems of structural mechanics, with particular emphasis on the mechanical behavior of materials and structures; provide theoretical and applicative tools for the mechanical characterization of construction materials having a linear-elastic behavior; make the acquired concepts applicable to solve real structural problems, using appropriate analytical techniques; 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, 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; 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; 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; 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 precise 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 group work 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).

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).

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 test. The written test refers to the resolution of 2/3 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, for them unknown in detail, but not in type. The assessment includes knowledge of the admittance to the oral test.   Only those admitted by the written test can take the oral test, which is part of the examination. Only in exceptional cases, for reasons expressed by the students, those admitted by the written test may not do the oral test. In this case, the assessment of the examination is the minimum. The minimum assessment is also given to students who, having passed the written test, do not pass the oral test. The oral test takes place at the same time or after a few days of the written test.  It 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 tests. ​​​​​​​

Programma del Corso

PUNTO MATERIALE: grandezze statiche e cinematiche, condizioni di equilibrio. CORPO RIGIDO: equazioni di equilibrio, il concetto di momento di una forza, condizioni di compatibilità; traslazione e rotazione. CORPO RIGIDO VINCOLATO: gradi di libertà e molteplicità vincolare; centro di rotazione; corpi labili, isostatici, iperstatici; spostamenti dei corpi labili; condizioni di equilibrio analitico e grafico. AZIONI STATICHE INTERNE: il concetto di tensione puntuale e di sollecitazione generalizzata; tensione normale e tensione tangenziale; sforzo normale, taglio e momento flettente nelle travi; corrispondenza tra sollecitazioni e tensioni; equazioni indefinite di equilibrio per il continuo e per le travi; diagrammi delle caratteristiche della sollecitazione per le travi. CORPI DEFORMABILI: equazioni di compatibilità e di congruenza interna per il continuo; il tensore gradiente di spostamento e di deformazione infinitesima; equazioni di compatibilità per la trave: deformazione assiale, scorrimento e curvatura. PRINCIPIO DEI LAVORI VIRTUALI: caratteristiche statiche e cinematiche virtuali; soluzione staticamente ammissibile e cinematicamente ammissibile; forma primaria, secondaria e mista del principio. EQUAZIONI COSTITUTIVE: materiale a comportamento elastico; potenziale elastico e potenziale elastico complementare; relazioni tensioni-deformazioni per il continuo; costanti elastiche di Lamè e ingegneristiche; relazioni caratteristiche delle sollecitazioni-deformazioni generalizzate per le travi. TRAVATURE RETICOLARI: il concetto di maglia strettamente indeformabili; cambiamenti di configurazione delle travature labili; calcolo dello sforzo normale nelle travature isostatiche col metodo dell’equilibrio ai nodi; il concetto di nodo canonico; metodo matriciale: definizione delle equazioni di equilibrio, di compatibilità e costitutive.

Course Syllabus

Material point: static and cinematic quantities, balance conditions. Rigid body: balance equations, the concept of a force moment, compatibility conditions; translation and rotation. Constrained rigid body: degrees of freedom and constrained multiplicity; center of rotation; labile, isostatic, hyperstatic bodies; labile body displacements; analytical and graphic balance conditions. Internal static actions: the concept of punctual tension and generalized stress; normal tension and tangential tension; normal effort, shear effort and bending moment in the beams; relationship between punctual tensions and generalized stresses; indefinite balance equations for continuous and beams; diagrams of the generalized stresses for the beams. Deformable bodies: compatibility equations and internal congruence equations for continuous; the infinitesimal displacement and strain gradient tensor; beam compatibility equations: axial deformation, shear angle strain and curvature. Principle of virtual works:  static and cinematic virtual quantities; statically permissible and cinematically permissible solution; primary, secondary and mixed form of the principle Constituent equations: elastic-behavior material; elastic potential and complementary elastic potential; tension-deformation relationships for continuous; elastic Lamè constants and engineering constants; characteristic stress-deformation relationships for beams. Trusses: the concept of tightly indeformable mesh; changes in labile truss configuration; calculation of normal effort in isostatic truss with the method of balance to nodes; the concept of canonical node; matrix method: definition of balance equations, compatibility and constituents.