UNIVERSITà DEGLI STUDI 'MEDITERRANEA' DI REGGIO CALABRIA
FACOLTà DI ARCHITETTURA
CORSO DI LAUREA IN
STORIA E CONSERVAZIONE
LABSTA
Docente: Paolo Fuschi
FINALITÀ FORMATIVE
Gli argomenti trattati nei Corsi di
Statica e Meccanica delle Strutture costituenti il Laboratorio
“LABSTA” del 2° anno, sono mirati alla comprensione del comportamento
fisico-meccanico delle costruzioni murarie e ciò attraverso l’individuazione
degli organismi strutturali in esse riconoscibili e il conseguente studio dei
modelli analitici atti a rappresentarli. Il Laboratorio, cimentandosi con la
difficoltà di conciliare intuito e rigore analitico, si propone di fornire allo
Studente le conoscenze di base e gli strumenti analitici necessari al suddetto
processo di conoscenza e comprensione. Tutti gli argomenti vengono proposti
prendendo spunto da problemi reali, in generale tratti dal mondo delle
costruzioni in muratura ma anche da quello del “design” o, ancora, delle
strutture in acciaio, in legno, in composito.
L’intento è anche quello di far apparire
l’edificio tecnico-scientifico non in una sua presunta inviolabile perfezione,
spesso con caratteri di assiomaticità e di lontananza dalla realtà fisica, come
la persona non specialista tende a credere, ma nella sua problematicità;
problematicità che di volta in volta, nello sviluppo storico, ha avuto diversi
gradi di consapevolezza. La teoria esposta è sempre accompagnata da esempi
illustrativi e da cenni sullo sviluppo storico che ha portato alla sua
formulazione.
ARTICOLAZIONE DIDATTICA
Il Laboratorio è suddiviso in quattro
moduli di 30 ore cadauno (per complessivi 8 Crediti Formativi Universitari)
comprensivi di lezioni, a carattere prevalentemente teorico, ed esercitazioni
squisitamente applicative. I primi tre moduli riguardano argomenti che, nelle
Facoltà di Architettura, sono fino ad oggi oggetto dei corsi di “Statica”, il
quarto invece riassume i principali argomenti del corso di “Scienza delle
Costruzioni”. Tale netta distinzione è però qui abbandonata, l’itinerario di
apprendimento proposto prevede infatti l’introduzione di concetti teorici di
base, siano essi di “Statica”, di “Fisica”, di “Meccanica Razionale”, di
“Scienza delle Costruzioni”, mano a mano che essi si rendono operativamente
necessari per la risoluzione di specifiche categorie di problemi reali attinenti
a un processo progettuale di conservazione.
Gli “esempi reali” sono quindi scelti al
fine di curare gli aspetti applicativi della teoria ma, di più, al fine di
rendere necessario lo studio e l’approfondimento di concetti teorici di base.
Tali esempi sono poi mirati a fornire allo Studente una metodologia generale per
la soluzione di ciò che nel Laboratorio viene individuato come problema di
analisi (in campo statico) di un organismo strutturale, quest’ultimo sempre
formulato con riferimento a problemi strutturali reali tratti dal mondo delle
costruzioni e più specificatamente relativi all’edificato storico.
CONTENUTI DISCIPLINARI
1°
MODULO
Uno sguardo panoramico: la statica come disciplina che, nell’ambito della Meccanica Classica,
studia
Il problema statico: il problema interno -- valutare in che misura le sollecitazioni esterne
agenti su una struttura giungano “a terra” attraverso i vincoli; il problema
esterno – valutare in che modo le sollecitazioni percorrono la struttura
generando in essa uno stato di deformazione e di sforzo.
Elementi di teoria dei vettori: grandezze scalari e grandezze vettoriali; vettori liberi e vettori
applicati; le operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto scalare e
prodotto vettoriale.
Alcuni semplici problemi di equilibrio: il problema della carrucola fissa; il problema del piano inclinato; i
sistemi di carrucole e la demoltiplicazione di una forza; gli esperimenti di
Stevino.
Statica e cinematica del corpo rigido
libero: concetti introduttivi; definizione di
corpo rigido; configurazione di un corpo rigido nello spazio e nel piano; il
Principio dei lavori Virtuali; le Equazioni Cardinali della Statica.
2°
MODULO
Classificazione delle strutture: concetti introduttivi; le strutture e le sovrastrutture; classificazione in
base alla forma geometrica; classificazione topologico-meccanica; gli organismi
strutturali; modelli.
Le azioni esterne o carichi: concetti introduttivi; le azioni esterne come carichi distribuiti sulle
strutture; modelli matematici delle azioni esterne.
Statica e cinematica del corpo rigido
piano vincolato: generalità;
particolarizzazione al problema piano; la trave piana rettilinea; i dispositivi
di vincolo; le equazioni di equilibrio per i corpi rigidi vincolati; corpo
rigido labile, isostatico ed iperstatico; i vincoli nella realtà; calcolo delle
reazioni vincolari.
Le caratteristiche di sollecitazione
nelle travi piane: le caratteristiche di
sollecitazione per i solidi monodimensionali; le caratteristiche di
sollecitazione come grandezze di carattere globale per la risoluzione del
problema interno; particolarizzazione al problema piano; diagrammi delle
caratteristiche di sollecitazione; equazioni di equilibrio per le travi piane
rettilinee; procedimento analitico e procedimento grafico per il tracciamento
dei diagrammi.
3°
MODULO
Statica, cinematica e caratteristiche di
sollecitazione nei sistemi articolati di travi:
i vincoli interni; condizioni di isostaticità dei sistemi articolati di travi
piane rettilinee; calcolo delle reazioni vincolari; diagrammi delle
caratteristiche di sollecitazione nei sistemi articolati di travi piane
rettilinee; procedimento grafico, analitico e misto; sistemi chiusi.
I cinematismi:
geometria dei cinematismi e delle catene cinematiche; i meccanismi fondamentali;
equazioni di compatibilità di un cinematismo; equazioni di equilibrio di un
cinematismo; gli archi a quattro cerniere; meccanismi di collasso.
Le travature reticolari:
tipologie ricorrenti e classificazione delle travature reticolari; le travature
reticolari piane, esempi reali; determinazione degli sforzi normali nelle aste;
metodo diretto; metodo dell’equilibrio dei nodi, procedimento grafico e
procedimento analitico; metodo delle sezioni di Ritter; il calcolo delle
capriate in legno: dimensionamento e verifiche di resistenza.
La geometria delle aree:
sistemi discreti e sistemi continui; baricentro e momento statico; momenti
d’inerzia; i teoremi di trasposizione; assi principali d’inerzia; l’ellisse
centrale d’inerzia; polarità ed antipolarità d’inerzia; il nocciolo centrale
d’inerzia; il modulo di resistenza; esempi esplicativi, costruzioni grafiche e
analitiche.
4°
MODULO
I concetti di sforzo e di deformazione:
sforzo normale e tangenziale; deformazioni normali e scorrimenti angolari;
analisi degli sforzi e delle deformazioni su elementi strutturali
monodimensionali; il legame tensioni-deformazioni: materiali fragili e materiali
duttili; la legge di Hooke; i problemi di verifica e di progetto; travi
rettilinee soggette a carico assiale.
La trave:
il principio di Saint Venant; la teoria
tecnica; travi ad iperstaticità assiale, il metodo delle forze iperstatiche;
flessione semplice e flessione deviata, verifiche di resistenza; carichi
eccentrici, presso- e tenso-flessione retta e deviata, verifiche di resistenza;
problemi di progetto; elementi strutturali costituiti da materiale non reagente
a trazione, la sezione parzializzata, verifiche di resistenza.
Sistemi spingenti: archi
e volte a botte; archi a tre cerniere; verifica di un arco in mattoni;
determinazione della curva delle pressioni, cerniere in chiave e alle reni;
calcolo di un elemento murario sottoposto a carichi eccentrici, verifiche di
resistenza e di stabilità; volte a spinta eliminata, calcolo dei tiranti o
catene.
Coperture lignee:
progetto e verifica di una struttura portante in legno con orditura alla
lombarda; la capriata con monaco; analisi dei carichi; progetto e verifica dei
travicelli e delle terzere; verifiche di deformabilità, calcolo della freccia
massima con il metodo dell’equazione differenziale della linea elastica; carico
di punta, metodo omega.
MODALITÀ D’ESAME
Gli esami prevedono:
2 prove scritte, da sostenersi durante l’anno,
un colloquio orale da sostenersi
al termine del Laboratorio. Le suddette prove scritte consentono
complessivamente l’acquisizione di 4 CFU. In ciascuna delle prove scritte lo
Studente è chiamato a risolvere da uno a due esercizi di crescente livello di
difficoltà. Durante la prova, che si svolge in aula in un tempo di 3 ore, lo
Studente può utilizzare: manuali, libri, appunti di teoria o contenenti esercizi
svolti e comunque tutto quanto ritiene utile allo svolgimento degli esercizi. La
prova scritta tende infatti a verificare la capacità di applicare una
metodologia risolutiva senza dover necessariamente ricorrere alla memoria di
complesse espressioni o formule matematiche, queste ultime possono ritrovarsi
nei libri o nei manuali tecnici. La prova scritta, in corso d’anno, è inoltre
intesa come strumento di verifica del livello di apprendimento medio raggiunto
dalla Classe che si può assumere come indice dell’efficacia didattica del Corso.
Il colloquio orale, che consente allo Studente di acquisire i restanti 4 CFU,
verte, in genere, su argomenti teorici di carattere più generale e/o sulla
discussione degli elaborati prodotti durante l’anno.
BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
Libri di testo
G. Muscolino, G. Falsone, Introduzione alla Scienza
delle Costruzioni. Statica e Cinematica delle travi, Ed.
Pitagora, Bologna, 1991.
E. Viola, Esercitazioni di Scienza delle Costruzioni –
vol. I: Strutture Isostatiche e Geometria delle Masse, Ed. Pitagora,
Bologna, 1977.
F. P. Beer, E. R. Johnston, Scienza delle Costruzioni,
introduzione alla meccanica dei materiali, Ed.McGraw-Hill libri Italia
s.r.l., Milano, 1997.
O. Belluzzi, Scienza delle Costruzioni – vol. I, Ed.
Zanichelli, Bologna, 1982.
Libri di riferimento generale
E. Guagenti Grandori, F. Buccino, E. Garavaglia, G. Novati, Statica,
introduzione alla meccanica delle strutture, Ed. McGraw-Hill libri Italia
s.r.l., Milano, 1995.
G. Ceradini, Scienza delle Costruzioni – vol. I: Cinematica e Statica dei
Sistemi rigidi, Ed. ESA, Roma, 1985.
Sollazzo, U. Ricciuti, Scienza delle Costruzioni – vol. I: Statica dei
sistemi rigidi, Ed. UTET, Torino, 1983.
L. Boscotrecase, A. Di Tommaso, Statica applicata alle Costruzioni, Ed.
Patron, Bologna, 1983.
S. Di Pasquale, C. Messina, L. Paolini, B. Furiozzi- Corso
di Costruzioni- Vol. 1, 2,3,4.
Letture consigliate
E. Benvenuto,
S. Di Pasquale, L’arte del costruire, Tra conoscenza e scienza, Ed.
Marsilio, Venezia, 1996.
M. Salvadori, Perché gli edifici stanno in piedi, V edizione, Strumenti
Bompiani, Milano, 1998.
M. Levy, M. Salvadori, Perché gli edifici cadono, I edizione, Strumenti Bompiani, Milano, 1997.