Laboratorio di Progettazione Strutturale

Laboratorio di Progettazione Strutturale

Programma

Il corso si propone di mettere lo studente in condizione di dimensionare una struttura portante, interpretarne il comportamento, e verificarne la sicurezza secondo i metodi previsti dalla normativa tecnica ed i criteri di riferimento più conosciuti. Nel trattamento di tali tematiche, sarà posto l'accento sul fatto che la progettazione strutturale non può avere un carattere deterministico, risultante da una concatenazione di decisioni mutuamente indipendenti, ma consiste piuttosto in un processo iterativo e retroattivo. È necessario infatti che i procedimenti e gli elementi costruttivi vengano analizzati e verificati in costante riferimento con l’organismo da realizzare, e siano di volta in volta caratterizzati da una precisa intenzionalità progettuale.

Il corso si articola in una parte dedicata a lezioni frontali ed esercitazioni svolte dal docente sui temi dell’analisi dello stato di deformazione e sollecitazione di strutture reali, e sulle caratteristiche dei materiali da costruzione. Non potendosi approfondire la trattazione relativa a tutti i materiali (muratura, acciaio, cemento armato, legno, ecc.), lo svolgimento dettagliato è riferito essenzialmente alle strutture in cemento armato ed acciaio; ciò in quanto queste sono di gran lunga le più frequenti in Italia ed offrono i maggiori spunti di peculiarità nell’analisi del loro comportamento.

Una seconda parte del corso consiste nello sviluppo del progetto di una struttura di una struttura, che gli studenti devono portare a termine entro la prima sessione utile di esami. Il tema viene scelto dagli studenti su una base architettonica, eventualmente corrispondente ad un proprio progetto compositivo, possibilmente semplice, di cui già dispongono, in modo da affrontare direttamente l’esame della struttura.

Parte Teorica

Il programma si articola sulle seguenti linee: identificazione della struttura portante in una costruzione; modelli di rappresentazione delle azioni, dei materiali e della struttura; requisiti di sicurezza; normativa tecnica; proprietà dei materiali strutturali; criteri e procedimenti di verifica della sicurezza; analisi di elementi in cemento armato e in acciaio; tipologie strutturali più significative ed esempi; modellazione mediante metodi agli elementi finiti.

I temi sono illustrati altresì, mediante proiezioni e grafici, sistemi e procedimenti costruttivi.

Più in dettaglio gli argomenti trattati sono:

Metodi di verifica

Variabilità dei carichi e della resistenza dei materiali; distribuzione di frequenza e densità di probabilità; valori caratteristici; Valutazione probabilistica del collasso; coefficienti di sicurezza parziali e verifiche allo stato limite ultimo; stati limite di esercizio. Azioni: classificazione; valori di calcolo per stati limite ultimi e per stati limite di esercizio.

Costruzioni in cemento armato

Materiali: Calcestruzzo (resistenza a compressione; resistenza a trazione; modulo elastico; legame tensioni-deformazioni; resistenza sotto carichi di lunga durata; comportamento nel tempo); Acciaio (caratteristiche dell’ acciaio e tipologia delle barre, aderenza acciaio-calcestruzzo; lunghezza di ancoraggio e di sovrapposizione; ricoprimento e distanza tra le barre);

Coefficienti di sicurezza dei materiali.

La sezione in cemento armato: Il materiale “cemento armato”; Comportamento sperimentale a flessione semplice,Meccanismi di rottura; Duttilità.

Sforzo normale, flessione semplice, flessione composta: ipotesi di base del cemento armato (mantenimento delle sezioni piane, perfetta aderenza acciaio calcestruzzo). Rottura bilanciata, fragile e duttile. Determinazione dell’armatura bilanciata.

Determinazione del momento ultimo. Progetto delle armature e verifica di resistenza. Procedura di verifica nel caso di azione composta. Costruzione del dominio di interazione: − Il caso della trazione semplice; − Il caso della compressione semplice; − Il caso della rottura bilanciata; − Il caso generico. Utilizzo del dominio di interazione.

Taglio: Calcolo delle tensioni tangenziali, Forza di scorrimento, Tensioni principali, Modelli per il calcolo delle armature a taglio, Armature per il taglio: staffe e ferri piegati, Esempio di armatura di una trave in c.a.

Costruzioni in acciaio

Caratteristiche dei prodotti siderurgici. Prove sull’acciaio, acciai da carpenteria metallica, imperfezioni, tipologie dei profili. Verifica di resistenza in presenza di sforzo normale e momento flettente; dominio di resistenza M-N. Instabilità di asta compressa: carico critico euleriano; influenza dello snervamento del materiale; imperfezioni geometriche e meccaniche. Verifica di resistenza in presenza di taglio. Collegamenti, schematizzazione e comportamento delle strutture; tipologie di telai in acciaio (telai a nodi rigidi, telai controventati).

Prerequisiti

E’ evidente che per accedere al Corso di Laboratorio di Costruzioni è necessario aver bene acquisito le conoscenze propedeutiche dei corsi precedenti. In particolare, si ritiene indispensabile ricordare i seguenti argomenti:

− Geometria delle masse (Area; baricentro; momento statico; momento d’inerzia; teoremi di trasporto);

− Concetti base di Scienza delle costruzioni. Tensioni normali e tangenziali; deformazioni; relazione tra tensioni e deformazioni; modulo di elasticità normale e tangenziale; relazione tra lo stato tensionale in diverse giaciture.

− Caratteristiche della sollecitazione; relazione tra caratteristiche della sollecitazione e stato tensionale nella sezione.

− Relazioni differenziali tra carico, caratteristiche della sollecitazione, spostamenti e rotazioni (equazioni indefinite d’equilibrio); equazione della linea elastica.

− Risoluzione di schemi isostatici. Condizioni di equilibrio per la determinazione delle reazioni vincolari; determinazione delle caratteristiche della sollecitazione in una generica sezione; tracciamento dei diagrammi delle caratteristiche della sollecitazione. Diagrammi di momento flettente e taglio (e loro valori massimi) per gli schemi isostatici più comuni: trave appoggiata con coppia ad un estremo; trave appoggiata con carico uniforme; mensola con carico uniforme, ecc.

− Determinazione di spostamenti e rotazioni ( principio dei lavori virtuali; integrazione dell’equazione della linea elastica).

− Risoluzione di schemi di travature reticolari.

− Risoluzione di schemi iperstatici. Metodo delle forze e metodo degli spostamenti.

− Diagrammi di momento flettente e taglio (e loro valori massimi) per gli schemi iperstatici più comuni: trave incastrata-incastrata con carico uniforme; trave incastrata-appoggiata con carico uniforme.

− Stato tensionale in una sezione. Espressioni che forniscono il valore delle tensioni normali in un punto della sezione, in presenza di momento flettente M e sforzo normale N; tracciamento dei diagrammi delle tensioni normali (per solo N, per solo M, per N ed M). Espressioni che forniscono il valore delle tensioni tangenziali in un punto della sezione, in presenza di taglio V (formula di Jourawski); tracciamento dei diagrammi delle tensioni tangenziali. Verifica di una sezione.

− Criteri generali di verifica dello stato tensionale.

Si invitano gli studenti a rivedere attentamente questi argomenti.

Progetto

Gli studenti, in gruppi di massimo 4 persone ciascuno, dopo una prima fase dedicata alla didattica frontale iniziano lo sviluppo di un progetto guidato di una struttura, definita su una base architettonica eventualmente corrispondente ad un proprio progetto compositivo. Il progetto consiste di un insieme di elaborati grafici e in una relazione di calcolo dettagliata.

Gli elaborati progettuali, prodotti nei formati standard di settore (dwg, doc, xls) sono in numero variabile tra le 10 e le 15 tavole (tavole architettoniche, di illustrazione dei modelli utilizzati, di carpenteria e armatura), più una relazione di calcolo dettagliata che descrive l’analisi della struttura (svolta con un qualunque programma di analisi delle strutture) e le verifiche di sicurezza svolte.

Sono previste anche consegne intermedie.

Si richiede che gli studenti elaborino con continuità il lavoro di progettazione, entro il termine temporale del Laboratorio. E’ obbligatoria la frequenza attestata mediante le firme degli studenti prese durante il corso.

Materiale didattico

Il programma della parte teorica sarà contenuto in dispense disponibili in formato PDF sul sito del docente:

https://sites.google.com/a/uniroma1.it/fabriziomollaioli

Sono fondamentali, come riferimento per la progettazione, le norme tecniche vigenti (D.M. 14-01-2008) e le istruzioni esplicative contenute nella relativa circolare applicativa (D.M 29-02-2009)

I capitoli delle norme rilevanti ai fini del corso sono il 1°, 2° (sicurezza), 3° (azioni), 4° (edifici), 7° (azioni sismiche) e 11° (materiali), e relativi capitoli della circolare applicativa Si ritiene indispensabile inoltre di allargare le proprie conoscenze su libri, monografie e riviste in relazione ai problemi progettuali e costruttivi riguardanti le strutture che si incontreranno nel corso del semestre.

Testi aggiuntivi utili:

W. Zalewski & E. Allen, Shaping Structures: Statics, Wiley, 1998;

Siviero E. e Benedetti A. (a cura di), La Concezione Strutturale nel Progetto di Architettura, Editrice Compositori, 2002;

C. Bernuzzi, Progetto e verifica di Strutture in Acciaio, Hoepli, 2011.

Modalità d’esame

L’esame è orale e consiste in domande teoriche sugli argomenti in programma e sulla discussione del progetto. All’esame si accede solo dopo approvazione da parte del docente degli elaborati progettuali (relazione e tavole). Il materiale prodotto dagli studenti, progetto ed esercitazioni, va consegnato in formato digitale prima dell’esame.

Un prerequisito fondamentale per accedere al corso e quindi per poi sostenere l’esame è l’aver rispettato le propedeuticità. All’inizio del corso gli studenti dovranno portare i cedolini degli esami sostenuti di Statica e Teoria delle Strutture e di Scienza delle Costruzioni.

Tutte le informazioni e gli avvisi relativi al corso saranno indicati esclusivamente sul sito web del docente.