99641 - PRINCIPLES OF STRUCTURAL ENGINEERING

Conoscenze e abilità da conseguire

Through this course the student learns the basic elements of Structural Engineering. At the end of the class, the student has acquired the skills in design of the structural systems aimed at the stability of buildings: evaluation of the structural safety through probabilistic approaches, construction materials, direct and indirect actions, structural modelling and analysis, verification of structural elements realized with reinforced concrete and structural steel, design and construction criteria, construction details, codes for structural design.

Contenuti

Prerequisiti

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce i sistemi di forze, la geometria delle masse, i principali metodi di risoluzione delle strutture isostatiche e iperstatiche (quali principio dei lavori virtuali, metodo delle forze, ecc.), la teoria della trave ed è in grado di valutare le tensioni in sezioni di materiale elastico omogeneo ed isotropo. Padroneggia inoltre i concetti di equilibrio e congruenza e i principali aspetti della statica.

Tali conoscenze sono acquisite, di norma, superando l’esame di Scienza delle Costruzioni.

Tutte le lezioni saranno tenute in Lingua Inglese.

 

Programma

Il corso è organizzato in due moduli didattici:

1) il primo inquadra la materia di progettazione strutturale, presenta le normative tecniche, i materiali, le azioni, i metodi di risoluzione delle strutture isostatiche ed iperstatiche, i metodi di verifica degli elementi strutturali;

2) il secondo fa riferimento alla progettazione di strutture convenzionali in calcestruzzo armato e in acciaio, fornendo esempi applicativi, in accordo con gli Eurocodici.

 

Modulo 1 (Prof. Luca Landi)

Introduzione alla progettazione strutturale

- Il processo progettuale. Normative di riferimento. Approccio agli stati limite. Elementi di teoria della probabilità. Criteri generali del metodo di verifica agli stati limite (metodo dei coefficienti parziali). Il metodo delle tensioni ammissibili.

- Materiali. Calcestruzzo: aspetti tecnologici; prove di valutazione preventiva delle caratteristiche meccaniche, controlli di accettazione, prove complementari; prova di compressione. Acciaio: classi di acciai, prescrizioni normative, controlli di accettazione.

- Definizione delle azioni di progetto. Carichi permanenti. Azioni variabili sulle strutture (neve, vento, ecc.). Azione sismica. Le combinazioni di carico.

- Cenni di concezione strutturale, percorso dei carichi verso il terreno, sistemi resistenti alle azioni verticali, sistemi resistenti alle azioni orizzontali. Tipologie costruttive ricorrenti.

 

Risoluzione delle strutture

- Vincoli e definizioni di strutture isostatiche e iperstatiche.

- Risoluzione delle strutture isostatiche. Applicazioni del Principio dei Lavori Virtuali per il calcolo di spostamenti/rotazioni.

- Risoluzione delle strutture iperstatiche con il metodo della congruenza. Casi ricorrenti di travi a singola campata. Rigidezze rotazionali.

- Risoluzione delle strutture iperstatiche con il metodo dell'equilibrio e con il metodo dei vincoli ausiliari. Applicazioni a travi a più campate e a telai semplici. Strutture simmetriche con caricamento simmetrico ed antisimmetrico. Strutture con i nodi che ruotano e non traslano: rigidezze alla rotazione; il metodo di Cross. Strutture con i nodi che traslano e non ruotano: rigidezze alla traslazione. Strutture con i nodi che traslano e ruotano.

 

Verifica degli elementi strutturali

- Progetto dei telai in c.a. Individuazione schema statico di un edificio. Organizzazione tridimensionale degli elementi strutturali.

- Verifica delle sezioni in c.a. alle tensioni ammissibili. Generalità sul metodo e ipotesi di base. Coefficiente di omogeneizzazione. Calcolo delle sezioni inflesse in c.a., problema di verifica e di progetto. Espressioni approssimate per il dimensionamento di massima.

- Verifica delle sezioni in c.a. agli stati limite ultimi. Diagrammi di calcolo dei materiali. Campi di rottura e modalità di crisi delle sezioni. Momento ultimo di sezioni inflesse. Sezioni pressoinflesse: interazione momento-sforzo normale per la verifica e il progetto. Formule semplificate di verifica e progetto. Verifiche e dimensionamento a taglio delle travi in c.a.

- Verifica degli elementi strutturali in acciaio: verifiche di deformabilità, resistenza e stabilità. Verifiche alle tensioni ammissibili e agli stati limite ultimi.

 

Modulo 2 (Ing. Stefano Gagliardi)

Esempi di progettazione di strutture in c.a. ed in acciaio

- Ripasso di geometria delle masse. Il concetto di momento di inerzia.

- Progetto dei solai. Analisi dei carichi. Tipologie ricorrenti di solai. Solai in latero-cemento, in acciaio, in legno.

- Tipologie strutturali in c.a.

- Progetto di travate in c.a. Travi in altezza e in spessore. Criteri di massima per la valutazione delle azioni interne e per il dimensionamento di massima delle travi. Condizioni di carico per valori massimi delle sollecitazioni. Disegni delle casserature e disposizione delle armature per flessione e taglio.

- Progetto di pilastrate in c.a. Aree di influenza per il dimensionamento di massima dei pilastri. Verifica per sottostrutture. Condizioni di carico per combinazioni di massime sollecitazioni momento - sforzo normale. Disegni delle casserature e disposizione delle armature.

- Tipologie strutturali in acciaio.

- Elementi tesi. Elementi inflessi: verifiche di resistenza e deformabilità. Elementi soggetti a taglio: verifiche di resistenza.

- Il problema della stabilità negli elementi compressi: teoria di Eulero ed asta reale. L'instabilità locale.

- Gli elementi soggetti a presso-flessione.

- Gli elementi composti: principi di funzionamento e verifiche di stabilità.

- Le unioni saldate. Le unioni bullonate. Le unioni con la fondazione.

- Progetto delle strutture di fondazione. Carichi sulle fondazioni. Fondazioni continue (travi rovesce) ed isolate (plinti tozzi e snelli). Modello semplificato per fondazioni continue. Criteri di dimensionamento. Verifiche e disposizione delle armature.

Testi/Bibliografia

Materiale/Libri suggeriti:

Appunti di lezione.

- J. Heyman, 1998, “Structural analysis. A historical approach”, Cambridge University Press

- E. Viola, “Fondamenti di Analisi Matriciale delle Strutture”, Pitagora Editrice Bologna, 1996.

- O. Belluzzi, “Scienza delle costruzioni”, ed. Zanichelli, Bologna, voll. II e III.

- P. Pozzati e C. Ceccoli, “Teoria e Tecnica delle strutture”, ed. UTET, Torino, volumi I e II, 1972 – 1974.

- A. Migliacci, “Progetti di strutture”, Tamburini, Milano, 1968.

- E. Giangreco, “Ingegneria delle strutture”, UTET

- E. Torroja, “La concezione strutturale”, UTET

- Bill Mosley, John Bungey and Ray Hulse, “Reinforced Concrete Design to Eurocode 2”, Sixth Edition, Palgrave Macmillan.

- R. Park, T. Paulay, Reinforced Concrete Structures, 1975, John Wiley & Sons, Inc.

- T.Y. Lin, N.H. Burns, 1982, "Design of prestressed concrete structures", Wiley

- E. Cosenza, C. Greco, “Il calcolo delle deformazioni nelle strutture in cemento armato”. CUEN, Napoli, 1996.

- E. Cosenza, G. Manfredi, M. Pecce, “Strutture in cemento armato”, Hoepli, 2008.

- A. Ghersi, “Costruzioni in Cemento Armato”, Flaccovio editore, 2010.

- F. Leonhardt, “C.A. & C.A.P.: calcolo di progetto & tecniche costruttive”. Edizioni Tecniche, Milano, voll. I-III, 1977.

- A. Migliacci, “Progetto agli stati limite delle strutture in c.a.”, Masson Italia Ed., Milano, 1977.

- L. Santarella, 1998, "Il cemento armato", 22a ediz., Hoepli

- R. Walther, M.Miehlbradt, 1990, "Progettare in calcestruzzo armato", Hoepli

- C. Cestelli-Guidi, 1987, "Cemento armato precompresso", Hoepli

- L. Goffi, P. Marro, 1998, "Appunti sul Cemento armato precompresso", CLUT editrice, Torino

- J.C. McCormac, 2008, "Structural steel design", Pearson Prentice Hall

- J.C. Smith, 1996, "Structural steel design. LRFD approach", Wiley

- S.P. Timoshenko, J.M. Gere, 1961, "Theory of elastic stability", Dover publications

- T.V. Galambos, A.E. Surovek, 2008, "Structural stability of steel", Wiley

- G. Ballio, F.M. Mazzolani, “Strutture in acciaio”, Hoepli, 1987.

- G. Ballio, C. Bernuzzi, 2004, “Progettare costruzioni in acciaio”, Hoepli.

- V. Nunziata, “Teoria e pratica delle strutture in acciaio”, Flaccovio editore, 2011.

- N. Scibilia, 2005, “Progetto di strutture in acciaio”, 4° ed., Dario Flaccovio Editore.

- F. Hart, W. Henn, H. Sontag, 1982, “Architettura Acciaio Edifici Civili”, 2° ed., FINSIDER Gruppo IRI (edizione FINSIDER in lingua italiana del volume “Stahlbauatlas-Geschossbauten”, 2° ed., pubblicato dall'Institut für Internationale Architektur-Dokumentation di Monaco).

Dalla collana tecnica-scientifica ITALSIDER per la progettazione delle strutture metalliche:

- L.F. Donato, L. Sanpaolesi, 1970, “Gli acciai e la sicurezza delle costruzioni”, Volume I.

- L. Finzi, E. Nova, 1971, “Elementi strutturali”, Volume IV.

- D. Danieli, F. De Miranda, 1971, “Strutture in acciaio per l'edilizia civile e industriale”, Volume VI.

 

Riferimenti normativi:

Eurocode 1: Actions on structures.

Eurocode 2: Design of concrete structures.

Eurocode 3: Design of steel structures.

Norme Tecniche per le Costruzioni – D.M. 17/01/2018.

Circolare 21/01/2019, n. 617, C.S.LL.PP.

CNR 10011, Costruzioni in acciaio, 1988.

Metodi didattici

Lezioni frontali prevalentemente alla lavagna (eventualmente accompagnate da utilizzo di presentazioni Power-Point).
Esempi applicativi numerici in aula. Esercitazione da svolgere a casa.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un unico esame finale (per tutti e due i moduli), che accerta l'acquisizione dell'apprendimento con quesiti che vertono sui contenuti del programma elencati sopra, nello specifico su: basi di progettazione strutturale, soluzione di strutture iperstatiche, criteri di progettazione e verifica degli elementi strutturali.

L'esame orale consentirà di verificare se lo studente ha compreso la materia nei suoi aspetti teorici e se e' in grado di applicare quanto appreso in specifici esempi concreti.

Il superamento dell'esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno una sufficiente conoscenza dei concetti chiave della materia. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno una piena padronanza della materia, tanto da saper applicare, con autonomia e capacità operativa, quanto appreso per la risoluzione di esercizi e problemi anche complessi. Il mancato superamento dell'esame potrà essere dovuto all'insufficiente conoscenza dei concetti chiave e/o alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni Power-Point mostrate con il videoproiettore.
Eventuali dispense fornite dal docente caricate su piattaforma virtuale.unibo.it. Esempi di progettazione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Landi

Consulta il sito web di Stefano Gagliardi