Minelli Fausto University of Brescia

SCOPO DEL CORSO

Il corso è rivolto agli studenti di Ingegneria Civile ed Edile-Architettura ed intende approfondire le conoscenze sulle strutture in calcestruzzo armato e calcestruzzo armato precompresso con particolare riferimento al calcolo agli stati limite ultimi e di esercizio. Durante il corso si affrontano le problematiche inerenti l’organizzazione strutturale degli edifici ai carichi verticali e orizzontali. Verranno inoltre affrontati i principi e le problematiche inerenti le fondazioni e il recupero strutturale e l'adeguamento sismico degli edifici in calcestruzzo armato realizzati nel dopoguerra (cenni).

Per gli studenti di Ingegneria Edile-Architettura, si svolgeranno anche alcuni approfondimenti sul legno e sull'acciaio, in lezioni svolte separatamente dagli allievi civili.

PROGRAMMA

Introduzione al corso

Oggetto e ambito del corso. Tipologie costruttive e concezione strutturale: Sistemi costruttivi, tipologie di impalcati, strutture prefabbricate, organizzazione di un edificio ai carichi verticali e orizzontali. Cenni storici sull’impiego e la produzione del calcestruzzo armato.

Materiali

Calcestruzzo ordinario e ad alte prestazioni: caratteristiche meccaniche e reologiche dei materiali. Viscosità e ritiro.

Stati di sforzo monoassiali e pluriassiali.

Sicurezza strutturale

Metodo semiprobabilistico agli stati limite. Azioni e resistenze caratteristiche e di calcolo. Verifiche strutturali nell’ambito degli Stati Limite.

Stato limite ultimo (SLU) per flessione

Trave in cls armato soggetta a flessione: comportamento sperimentale fino a rottura. Calcolo a rottura: ipotesi di calcolo, campi di rottura, rotture duttili e fragili; calcolo del momento ultimo.

SLU per pressoflessione

Calcolo a rottura: ipotesi di calcolo, costruzione del dominio resistente M-N, problemi di verifica e progetto. Pressoflessione deviata.

SLU per taglio

Comportamento della trave fino a rottura. Travi non armate a taglio. Travi armate a taglio: traliccio ad inclinazione variabile.

Stati limite di Esercizio (SLE)

Fessurazione di elementi strutturali in c.a. Deformazione di elementi strutturali in c.a. Controllo degli sforzi in elementi strutturali in c.a. Legame momento-curvatura; Effetto irrigidiente del calcestruzzo resistente a trazione; calcolo della freccia. Aderenza. Ancoraggio.

Organizzazione dell’impalcato ai carichi verticali

Discussione dei vincoli tra elementi strutturali, travi vincolate alle pareti, schemi statici del solaio, effetto piastra, rompitratta, bilanciere della trave di spina, bilancino della trave di bordo, effetto dei divisori.

Organizzazione dell’edificio ai carichi orizzontali

Effetti del ritiro e delle deformazioni termiche; il carico da vento e l'azione simica. Sistemi costruttivi a telaio o a setti; la distribuzione delle azioni sismiche in un sistema di setti isostatico; il centro di taglio di un sistema sismo-resistente a setti; la distribuzione delle azioni sismiche in un sistema di setti iperstatico anche in presenza di torsione; il diaframma di piano: cordoli, lesene ed armatura a taglio; l'organizzazione del diaframma in presenza di gusci.

Teoria dei gusci

I gusci aperti: il flusso degli sforzi di taglio e il centro di taglio.

I gusci chiusi; le aperture nei gusci.

Dettagli costruttivi

I nodi; travi ad altezza variabile; travi curve; travi a ginocchio; ancoraggi e sovrapposizioni; spinotti per riprese di getto o rinforzi.

Fondazioni

Tipologie; organizzazione delle fondazioni; platee e plinti dei setti sismo-resistenti; le travi alte di fondazione; il plinto zoppo; cenni sull'organizzazione scatolare in fondazione.

Calcestruzzo armato precompresso:

Stati di presollecitazione e sviluppo storico della precompressione. Livelli di precompressione; Sistemi di precompressione a cavi aderenti e a cavi scorrevoli. Perdite di tensione istantanee e differite. Confronto diagrammi momento-curvatura per travi in c.a. e c.a.p. Punti limite. Momento utile. Fuso di Guyon. Cavo risultante. Carichi equivalenti alla precompressione. Precompressione di strutture iperstatiche. Cavo concordante. Verifiche di travi inflesse in condizioni di tiro, dopo le cadute di tensione, in condizione di esercizio e a rottura.

MANUALE DEL CORSO

E. Giuriani, F. Minelli: Teoria e Progetto delle costruzioni in cemento armato e cemento armato precompresso. Teoria e Progetto di Strutture. Lezioni ed esercitazioni. Snoopy Cartolibreria; EAN: 9788889252369; ISBN: 8889252367, Terza Edizione, Ottobre 2019.

TESTI DI RIFERIMENTO

F. Leonhardt, "C.a. e c.a.p. - Calcolo di progetto e tecniche costruttive", Ed. Scienza e tecnica, Milano

E. Cosenza, G. Manfredi, M. Pecce: “Strutture in cemento armato – Basi della progettazione”, Ed. Hoepli, Milano, 2011

R. Park, T. Pauley, "Reinforced Concrete Structure", Ed. Wiley, New York

P. Pozzati, "Teoria e tecnica delle strutture", Ed. UTET, Torino

G. Toniolo e M. Di Prisco, Cemento armato, calcolo agli stati limite, vol. 2A e 2B, Ed Zanichelli, 2010

AICAP. Progettazione di strutture in cemento armato: guida all'uso dell’EC2 con riferimento alle norme tecniche D.M. 14.1.2008. Vol. 1, 2008

AICAP. Progettazione sismica di edifici in calcestruzzo armato: guida all'uso dell’EC2 con riferimento alle norme tecniche D.M. 14.1.2008. Vol. 2, 2008

NORMATIVE DI RIFERIMENTO

Ministero dei Lavori Pubblici - Decreto Ministeriale 17 gennaio 2018, Aggiornamento delle "Norme tecniche per le costruzioni"

Ministero dei Lavori Pubblici - Circolare 21 gennaio 2019 n.7 ” Istruzioni per l’applicazione dell’«Aggiornamento delle “Norme tecniche per le costruzioni”» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018.

UNI-EN 1992-1-1: Eurocodice N.2 -Progettazione delle strutture in calcestruzzo, parte 1-1-: regole generali e regole per gli edifici

Riviste di consultazione: ASCE-Journal of Structural Engineering, RILEM-Materials and Structures, ACI-Proceedings of American Concrete Institute CEB Bulletin Magazine of Concrete Research, Studi e Ricerche.

PROGRAMMA IN LINGUA INGLESE

SYLLABUS

1. Course introduction: Historical overview on the reinforced concrete use and production. Ordinary and high performance concrete: mechanical and rheological properties. Mono-axial and pluri-axial stress states.

2. Structural safety: The semi-probabilistic limit state method. Actions and resistances design values. Limit state design structural verifications.

3. ultimate limit state (ULS) in flexure: Experimental behaviour of a reinforced concrete beam. Design assumptions, possible ranges of strain distributions, ductile and brittle behaviour, cross-section ultimate moment resistance.

4. Combined flexure and axial force ULS: Design assumptions. Construction of the axial force-moment interaction envelop.

5. ULS in Shear: Experimental behaviour. Members requiring and not requiring design shear reinforcement. Variable angle truss model. Punching Shear.

6. Serviceability Limit States (SLS): Calculation of crack widths. Deformation of cracked and uncracked beams. Stress Limits. Tension stiffening.Bonding. Methods of anchorage.

7. Design and detailing of buildings for vertical loads:

Discussion and assumption on restraints between structural elements. Structural schemes for calculation of internal action; Plate effects; Transverse flexure.

8. Design and organization of buildings for horizontal loads.

Thermal action and shrinkage; wind and seismic actions; buildings with a moment resisting frame system; buildings with shear wall system; distribution of seismic action among shear walls; determination of shear stiffness; the role and the organization of the floor diaphragm.

9. Theory of shells

Theory of open and closed shells: distribution of shear stresses and determination of shear centre. A case study: the lift shaft wall system.

10. Detailing

Beam-column joint; beam with variable cross-section (variable depth); curved shape beam; anchorages and splices;

11. Foundations

Typologies; direct foundation; multi-span deep beam; underground box structures.Statically indeterminate structures.

12. Prestressed Concrete: Historical overview. Pre-stressing levels. Pre and post-tensioning systems. Bonded and unbonded tendons. Short and long-term p/s losses. Comparison between the moment-curvature diagram of reinforced and prestressed concrete beams. Equivalent tendon. Statically indeterminate prestressed beams. Verification at preestress, after pre-stress losses and at ultimate limit state.

MODALITÀ D'ESAME

L'esame consiste nella discussione di un elaborato individuale/progetto esecutivo di gruppo, a cui segue un colloquio orale.

Il superamento dell'elaborato individuale/progetto esecutivo di gruppo (quest'ultimo con discussione) ammette all'esame orale, che verte su tutti gli argomenti del corso.

ELABORATO INDIVIDUALE/PROGETTO DI GRUPPO

Il corso prevede che venga sviluppato o un elaborato individuale o, se possibile, un progetto esecutivo di gruppo di un tipico edificio.

L'elaborato individuale deve consistere in una relazione di calcolo sintetica di massimo 40 facciate (oltre agli esecutivi). Lo studente DEVE dare spazio alle ipotesi di calcolo e agli schemi statici utilizzati.

I progetti esecutivi di gruppo dovranno essere discussi da tutti i componenti del gruppo con il tutor ed il docente prima di accedere all'esame orale.

All'elaborato individuale/progetto di gruppo verrà attribuita una votazione.

Numero minimo studenti per gruppo: 3-4

Numero massimo studenti per gruppo: 5

DATE DISCUSSIONE ELABORATI/PROGETTI:

PROGETTO ESECUTIVO DI GRUPPO: tutti i componenti possono discutere il progetto durante la sessione di esami S1 (gennaio, febbraio) PASQUA, S2 (giugno-luglio), sessione di recupero REC (settembre) o nella S1 (gennaio-febbraio) dell'anno successivo, in ogni caso in date precedenti all'esame orale.

Non è consentito posticipare oltre, pena perdita validità dell'elaborato. Una volta discusso, il progetto non ha scadenza ai fini dell'esame orale.

ELABORATO INDIVIDUALE: lo studente ha tempo 1 mese per sviluppare l'elaborato individuale dalla consegna del testo da parte del docente. Una volta consegnato e superato (dopo valutazione), esso non ha scadenza ai fini dell'esame orale. La discussione dello stesso avverrà in sede di esame orale.

ELABORATI/PROGETTI RELATIVI AGLI SCORSI ANNI ACCADEMICI (fino all'a.a. 2014/2015 compreso)

Gli elaborati/progetti relativi agli anni accademici precedenti al 2015/2016 vanno discussi con il docente relativo (Prof. Giuriani e/o Prof. Metelli).