IdCLM24

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Lingua Insegnamento:

ITALIANO (Lezioni e revisioni)
INGLESE (Lezioni e revisioni)
Testi di riferimento:

Per Materiali da Costruzione:
Michael F. Ashby - D R H Jones Engineering Materials 1,: An Introduction to Properties, Applications and Design.
Michael F. Ashby - D R H Jones Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructures, Processing and Design

Per Tecnologie di progettazione:
• AA. VV. Manuale di Progettazione Edilizia. Hoepli;

• Lavagna, M. (2008). Life Cycle Assessment in edilizia. Progettare e costruire in una prospettiva di sostenibilità ambientale. Hoepli.

• Bachman, D. (2017). Grasshopper: Visual Scripting for Rhinoceros 3D. Industrial Press.

• Tedeschi, A. (2014). AAD, Algorithms-aided design: parametric strategies using Grasshopper. Le penseur publisher.

• U. Knaack, T. Klein, M. Bilow, T. Auer, Facades. Principles of Construction, Birkhauser Verlag AG;

• AA. VV. Grande Atlante dell’Architettura (tra cui Atlante delle Facciate, Atlante dei Materiali, Atlante della Sostenibilità). UTET;
Obiettivi formativi:

Materiali da Costruzione:
Nel corso vengono spiegati concetti tipici di molte aree della scienza (chimica, fisica e ingegneria) per rendere consapevoli gli ingegneri delle proprietà fondamentali dei materiali utilizzati nell'ambito delle costruzioni.

Gli obiettivi formativi del corso sono di fornire le basi per una formazione che consenta agli studenti di comprendere come operare nel campo dell'utilizzo, della progettazione, dell’innovazione e dello sviluppo della produzione dei materiali maggiormente utilizzati nel campo edilizio (acciai e leganti), partendo dalle strutture atomiche e molecolari che li compongono per arrivare ai principali test meccanici utilizzati per caratterizzarli.

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi chimici di base (energie di legame, differenze di elettronegatività, ecc) che sottendono alle proprietà dei materiali studiati, le proprieta’ (soprattutto meccaniche) dei vari materiali e come queste siano correlate alla loro microstruttura e/o composizione chimica

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite valutando razionalmente le proprietà meccaniche dei vari materiali (o famiglie di materiali) e dimostrando di aver compreso le basi chimiche e microstruttuali di tali comportamenti (per es. spiegando perché un acciaio martensitico è duro e fragile, da cosa questo dipenda dal pdv microstrutturale, e come ottenere quel tipo di struttura mediante appropriati trattamenti termici).

D3 - Autonomia di giudizio

Lo studente dovrà essere in grado di valutare, optando tra le varie possibilità, la scelta del materiale piu’ adatto per la produzione di un componente meccanico o da costruzione

D4 - Abilità comunicative

Lo studente dovrà essere in grado, con proprietà di linguaggio, di descrivere le caratteristiche meccaniche e/o strutturali dei vari materiali trattati, e di comunicare efficacemente i fondamenti fisici e chimci che sottendono a dette proprietà meccaniche/strutturali.

D5 - Capacità di apprendimento

Lo studente dovrà essere in grado di interpretare e impiegare manuali tecnici per operare selezioni di componenti o applicazioni specifiche, e di acquisire in modo ragionato informazioni su materiali innovativi correlate agli argomenti studiati.

Tecnologie di progetto:
Il corso intende fornire agli studenti concetti teorici e pratici sulla progettazione dei sistemi e dei sub-sistemi edilizi. Gli obiettivi sono definiti in conformità alle tematiche emergenti riguardanti gli aspetti tecnologici dell’edificio con un focus specifico sulla sostenibilità ambientale. La valutazione critica delle tecnologie edilizie è affrontata considerando sia approcci tradizionali che innovativi.

Le attività dell’insegnamento sono mirate all’acquisizione di conoscenze sia teoriche che pratiche per la progettazione tecnologica dell’organismo edilizio (con particolare attenzione agli aspetti sulla sostenibilità). Gli studenti del corso potranno acquisire abilità di controllo degli aspetti prestazionali dei sistemi e dei sub-sistemi edilizi, sviluppando adeguate competenze progettuali garantendo la sostenibilità ambientale, energetica, economica e sociale dei sistemi costruttivi.

In particolare, il corso mira a fornire agli studenti:

- Consolidamento dei concetti di base di conduzione, convezione e irraggiamento, comfort termico e utilizzo di diagrammi bioclimatici per la scelta di sistemi attivi e passivi sostenibili;

- Conoscenza degli approcci progettuali e di analisi della sostenibilità delle tecnologie edilizie (LCA e protocollo ITACA);

- Conoscenza di base degli aspetti tecnologici di Prefabbricazione e costruzioni in Legno;

- Conoscenza delle tecnologie innovative di ultima generazione come stampa 3D applicate al processo edilizio.

-Conoscenza dei principi alla base della architettura parametrica e generativa e acquisizione delle basi teoriche e pratiche della ottimizzazione matematica e ottimizzazione topologica.

Al completamento delle attività didattiche e delle relative verifiche di apprendimento gli studenti avranno sviluppato:

- Una comprensione critica di diverse tecnologie per la realizzazione sostenibile degli involucri edilizi (considerando una molteplicità di aspetti prestazionali);

- La capacità di applicare i metodi e le tecniche di ricerca a livello analitico nella progettazione prestazionale dei componenti e sistemi di involucro edilizio;

- Padronanza del processo progettuale di componenti semplici di involucro edilizio in ogni sua fase, da quella di ideazione e impostazione generale a quella di sviluppo esecutivo e di definizione del dettaglio;

-Padronanza delle tecnologie dei sistemi di involucro, studiati sotto i profili della loro progettazione e produzione, evidenziandone le caratteristiche in termini di prestazioni, qualitá e sostenibilità durante tutto il ciclo di vita.
Prerequisiti:

Per Materiali da Costruzione:

Nozioni chimiche e fisiche di base.

Per Tecnologie di progetto:
Conoscenze di base di fisica e di trasferimento del calore. Conoscenze di base di chimica e di tecnologia dei materiali per l’edilizia. Conoscenze di base di rilievo, disegno e rappresentazione, inclusa abilità nel disegno e progettazione assistita al calcolatore.

Non ci sono specifici prerequisiti di propedeuticità per l’iscrizione. Si richiede però di aver sostenuto tutti gli esami dei SSD ICAR/10 previsti nel corso triennale di Ingegneria delle Costruzioni (classe L23) o di eventuale altra laurea triennale di provenienza.
Metodi didattici:

Per Materiali da costruzione:

Se possibile lezioni frontali; in caso di impossibilità (causa COVID) lezioni online via Teams.

Per Tecnologie di progetto:
Le modalità di svolgimento delle lezioni e delle attività di supporto didattico prevedono:

-Lezioni didattiche frontali;

-Esercitazioni teorico/pratiche e progetti in gruppo e/o individuali;

-Approfondimenti tematici coordinati con il corso integrato di Materiali Da Costruzione Per La Sostenibilità;

-Revisioni e Verifiche delle esercitazioni e progetti di gruppo e/o individuali.
Modalità di verifica dell'apprendimento:

Per MdC:
- Se la situazione COVID lo permette:
esami scritti dal vivo, più eventuali esami orali per gli studenti leggermente al di sotto del punteggio di 18, o che vogliono aumentare il loro punteggio dopo gli esami scritti.

Più in dettaglio, ci saranno due percorsi:

a) tre esami parziali, ognuno incentrato su una parte parziale del programma del corso, con domande a scelta multipla; gli studenti che avranno ottenuto voti ≥18 in tutti e tre gli esami parziali potranno scegliere se mantenere la media dei voti dei tre esami parziali senza ulteriori verifiche, oppure sostenere un esame orale integrativo per ottenere un voto più alto: gli studenti con media di voto tra 14 e 17 dovranno comunque sostenere l'esame orale; gli studenti che non avranno sostenuto tutti e tre gli esami parziali dovranno sottoporsi al percorso b). Gli esami parziali si terranno solo durante il corso (non dopo la fine delle lezioni).

b) un unico esame scritto, riguardante l'intero programma del corso: con un voto ≥ 18 sarà possibile verbalizzare l'esame con quel voto, oppure sottoporsi a un esame orale per aumentare il voto finale, a scelta dello studente; con voto tra 14 e 17 lo studente dovrà sostenere l'esame orale integrativo; con voti <14, l'esame non è superato.

- Se la situazione di COVID non permette di tenere esami dal vivo, gli esami scritti parziali previsti e/o l'esame scritto finale e i relativi orali saranno tenuti in modalità online, tramite Microsoft Teams, con le stesse linee guida sopra descritte per gli esami dal vivo.

Per TdP:

Nel corso delle esercitazioni si approfondiranno i concetti teorici da un punto di vista applicativo e progettuale. Sono previste consegne intermedie degli elaborati delle esercitazioni e dei progetti di gruppo e/o individuali per il monitoraggio dei singoli studenti e dello stato di avanzamento delle loro conoscenze, abilità e competenze.
L’esame finale consisterà in una prova individuale per valutare le conoscenze e competenze disciplinari acquisite sugli argomenti trattati nel ciclo di lezioni e per discutere gli elaborati delle esercitazioni svolte.
Inoltre, si valuterà la capacità del singolo studente di applicare i concetti teorici appresi ad una progettazione tecnologica dell’edilizia consapevole e sostenibile.
I candidati saranno valutati in trentesimi.
Sostenibilità:

Per MdC:
Durante il corso verranno evidenziate le problematiche legate alla sostenibilità che riguardano la preparazione e l'uso dei materiali (i consumi energetici per cavare i minerali, per trattarli e formarli in manufatti; i costi di trasporto dei materiali, in termini sia economici che energetici; ecc), e verranno esposti casi studio esplicativi.

Per TdP:
Il Corso include tematiche in linea con i principi dello sviluppo sostenibile a livello economico, sociale e ambientale fornendo misure concrete che interessano le dimensioni dello sviluppo edilizio.
Inoltre il corso contempla i seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs) dell'Agenda ONU 2030:

-Goal 9. BUILD RESILIENT INFRASTRUCTURE, PROMOTE INCLUSIVE AND SUSTAINABLE INDUSTRIALIZATION AND FOSTER INNOVATION -
Target 9.2. Promote inclusive and sustainable industrialization and, by 2030, significantly raise industry's share of employment and gross domestic product, in line with national circumstances, and double its share in least developed countries.
Target 9.5. Enhance scientific research, upgrade the technological capabilities of industrial sectors in all countries by 2030.
-GOAL 11. MAKE CITIES AND HUMAN SETTLEMENTS INCLUSIVE, SAFE, RESILIENT AND SUSTAINABLE - Target 11.3: By 2030, enhance inclusive and sustainable urbanization and capacity for participatory, integrated and sustainable human settlement planning and management in all countries.
-GOAL 12. RESPONSIBLE CONSUMPTION AND PRODUCTION - Target 12.5: substantially reduce waste generation through prevention, reduction, recycling and reuse within 2030.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile:

Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
Altre Informazioni:

Per MdC:

Il giorno di ricevimento studenti è il martedì, dalle 17.00 alle 19.00, previo appuntamento tramite email. E' comunque possibile combinare ricevimenti anche in altri giorni e orari, sempre previo scambio email.

Per TdP:
- L’iscrizione al corso è obbligatoria.

- Modalità di frequenza: è consigliata la frequenza in particolare per la partecipazione a esercitazioni e progetti di gruppo e/o individuali.

- Calendario delle prove di esame secondo la programmazione generale del Corso di Laurea Magistrale di Ingegneria delle Costruzioni (classe LM24).

- Per gli studenti in diritto di esonero dalla frequenza delle lezioni, saranno concordati specifi percorsi di formazione con attività di esercitazione da condursi individualmente.

Orari di ricevimento del docente:

Venerdì dopo le ore 12 in presenza o per via telematica (Inviare una mail per fissare un appuntamento).

Ripasso di nozioni base di chimica e organizzazione della materia
Generalità sui Materiali da Costruzione (classificazioni, storia, significato di sostenibilità)
Leganti e cementi (focus su Portland)
Calcestruzzo
Calcestruzzi armati e precompressi
Acciai e ghise
Alluminio
Legno
Materiali ceramici
Vetri
Materiali compositi
Materiali per il risparmio energetico negli edifici
Normativa sui materiali da Costruzione
Criteri Ambientali Minimi (CAM)
Life Cycle Assessment

Per MdC:
Ripasso di nozioni base di chimica e organizzazione della materia: moli, soluzioni, reazioni, bilanciamenti stechiometrici, reazioni eso- ed endo-termiche, reazioni reversibili e irreversibili, equilibrio, cinetica, pH, sistemi acido-base, idrolisi, sistemi elettrochimici e ossidoriduzioni. Legami chimici e fisici. Stati della materia. Solidi cristallini e amorfi. Reticoli cristallini. Difetti dei solidi (puntiformi, lineari, superficiali, volumici).
Generalità sui Materiali da Costruzione (classificazioni, storia, significato di sostenibilità)
Leganti e cementi (focus su Portland): leganti aerei ed idraulici. Idratazione,
presa ed indurimento, stagionatura. Paste, malte e calcestruzzi. Schema
di produzione dei leganti.
Leganti aerei. Produzione del gesso: materie prime e trasformazioni durante la cottura.
Idratazione del gesso: meccanismi di presa ed indurimento.
Caratteristiche del gesso e suoi principali campi di applicazione.
Produzione della calce aerea: cottura delle materie prime, spegnimento
della calce viva. Calce idrata in polvere.
Grassello di calce: produzione e stagionatura. Resa in grassello. Calci
grasse e magre. Fattori che influenzano la resa in grassello. Ruolo della
sabbia nelle malte di calce. Presa ed indurimento di una malta di calce
aerea. Calce come materiale sostenibile, circolarità della produzione e utilizzo della calce.
Leganti idraulici. Ciclo di produzione del cemento Portland. Materie prime. Schema dei
forni rotanti. Trasformazioni durante la cottura di calcare ed argilla.
Composizione del Clinker: alluminati e silicati di calcio. Finezza di un
cemento: distribuzione granulometrica ed area superficiale specifica.
Idratazione degli alluminati di calcio. Meccanismo di presa del cemento.
Gesso come regolatore di presa. Ettringite primaria. Ottimizzazione del
rapporto gesso/clinker. Idratazione dei silicati di calcio. Caratteristiche del
gel di cemento. Meccanismo di indurimento del cemento. Portlandite.
Sviluppo delle resistenze meccaniche. Calore di idratazione del cemento
Portland. Problematiche inerenti alle strutture di notevoli dimensioni.
Porosità della pasta di cemento idratata. Porosità del gel di cemento.
Porosità capillare. Macroporosità.
Relazione tra porosità capillare, grado di idratazione e rapporto
acqua/cemento. Formula di Powers: relazione tra porosità capillare e
resistenza a compressione. Cementi di miscela. Tipologie di aggiunte
minerali: pozzolaniche e d'altoforno. Attività pozzolanica. Descrizione dei
principali materiali ad attività pozzolanica: pozzolana, tufi zeolitici, ceneri
di carbone e fumo di silice. Caratteristiche ed applicazioni dei cementi
pozzolanici.
Composizione della loppa d'altoforno. Proprietà idrauliche latenti.
Attivazione della loppa. Caratteristiche ed applicazioni dei cementi
d'altoforno. Calci idrauliche naturali, industriali e pozzolaniche:
produzione, caratteristiche e applicazioni. Norma sui cementi UNI EN 197-1. Tipi di cementi e classi di resistenza.
Altri componenti del calcestruzzo: acqua, aggregati e additivi.
Caratteristiche delle acque di impasto per cls. Aggregati: origine e
funzioni. Caratteristiche degli aggregati: dimensione, forma, porosità e
densità. Additivi per calcestruzzi: fluidificanti, acceleranti, ritardanti,
aeranti. Calcestruzzi speciali. Calcestruzzi ad elevate prestazioni (HPC).
Calcestruzzi leggeri (LWC). Calcestruzzi autocompattanti (SCC). Prova del
cono di Abrams. Classi di lavorabilità. Durabilità e meccanismi di degrado
del calcestruzzo. Acque dilavanti. Cicli gelo/disgelo. Attacco solfatico.
Calcestruzzi armati (cenni). Corrosione delle armature dovuta a carbonatazione e a cloruri. Reazione alcali-aggregato.
Elementi di mix design. Principi di progettazione della miscela. Esempi di progettazione di miscele.
Acciai e ghise. Materiali metallici ferrosi e non ferrosi. Cenni sul ferro. Ruolo del carbonio
sulla resistenza degli acciai. Definizione di acciaio e ghisa. Soluzioni
solide sostituzionali e interstiziali. Composti intermetallici. Meccanismo di solidificazione di un metallo. Nucleazione e crescita. Cristalli a grana fine o grossolana.
Polimorfismo
del ferro e solubilità del C in Fe. Soluzioni solide interstiziali: Ferrite ed
Austenite. Lacune ottaedriche regolari ed irregolari.
Raffreddamento degli acciai: microstrutture di equilibrio e di non
equilibrio. Trasformazione di spostamento da Fe-γ a Fe-α. Composti
intermetallici: Cementite. Costituenti strutturali: Perlite lamellare.
Martensite: meccanismo di formazione e proprietà meccaniche. Cenni sul
diagramma di stato ferro-cementite. Cenni sulla produzione degli acciai
mediante siderurgia primaria. Altoforno: descrizione e funzionamento.
Ghisa e scoria d'altoforno. Affinazione della ghisa.
Trattamenti di rafforzamento degli acciai. Trattamenti meccanici: ostacoli
al movimento delle dislocazioni. Trattamenti termici: ricottura,
normalizzazione, tempra. Temperatura austenitica. Mezzi tempranti.
Rinvenimento. Sorbite. Tempra superficiale. Trattamenti termochimici:
cementazione e nitrurazione. Classificazione (UNI EN 10020) e
Designazione (UNI EN 10027) degli acciai.
Corrosione nei metalli: coppie galvaniche, tipi di corrosione riscontrabili, metodi di prevenzione della corrosione attivi e passivi.
Classificazione degli acciai: requisiti qualitativi, composizione chimica ed
applicazioni. Acciai al carbonio ed acciai legati e non legati. Acciai da
costruzione per uso generale. Acciai per calcestruzzo precompresso.
Designazione degli acciai: designazione simbolica e numerica.
Alluminio e leghe leggere. Alluminio anodizzato. Rame e sue leghe. Le
patine del rame. Usi del rame nell'edilizia.
Materiali ceramici: Cenni sui materiali ceramici tradizionali
Introduzione ai materiali ceramici tradizionali. Definizione e
Classificazione. Ciclo di produzione dei ceramici. Materie prime: argille,
smagranti, fondenti, materie complementari. La struttura delle argille:
Legno: caratteristiche generali, essenze, ortotropicità, difetti. Struttura del legno, fibratura, igroscopicità. Fessurazioni.Classi di servizio, Viscosità. Resistenza al fuoco, durabilità. Principali tipi di essenze per l'edilizia.
Vetri: Cenni storici, proprietà generali, materie prime e additivi, processi di fabbricazione. Proprietà fisiche (focus su transizione vetrosa). Sistemi formatori e modificatori di reticolo, trattamenti termici e termochimici dei vetri.
Materiali compositi: generalità, nozioni di matrice e rinforzo. Tipi di geometria del rinforzo. Tipi di rinforzo: fibre di vetro, fibre di carbonio, kevlar. Laminati in generale e XLAM.
Criteri Ambientali Minimi (CAM): generalità. Green Public Procurement. Linee guida di definizione dei CAM. Pregi e difetti.
Life Cycle Assessment: generalità. Le quattro fasi dell'LCA: Goal & Scope Definition, Analisi dell’inventario (Life Cycle Inventory - LCI), Valutazione dell'impatto del ciclo di vita (Life Cycle Impact Assessment - LCIA), Interpretazione dei risultati e stesura del rapporto finale. Limiti dell'LCA e prospettive di sviluppo.

Per TdP:
Nel curriculum Sostenibilità e Energia del percorso di studio magistrale di Ingegneria delle costruzioni (Classe LM24), l’insegnamento di TECNOLOGIE PER LA FATTIBILITA' DEL PROGETTO (6 CFU ICAR/10) costituisce l’unica annualità appartenente al settore disciplinare di Architettura Tecnica ed è parte del corso integrato di MATERIALI E TECNOLOGIA DELLE COSTRUZIONI (6 CFU ICAR/10 Tecnologie e gestione del processo edilizio + 6 CFU ING-IND22 Materiali Da Costruzione Per La Sostenibilità).
I contenuti disciplinari fanno riferimento all'analisi degli organismi edilizi ed alla rispondenza ottimale delle opere ai requisiti essenziali con un focus specifico sulla sostenibilità durante tutto il ciclo i vita. Durante il corso sono trattate diverse tecnologie edilizie contemplando tecniche sia tradizionali che innovative (come generative design and 3D printing).
Si riportano di seguito i contenuti trattati nel corso:
a) L'impronta ecologica    (2 ore);
b) Sostenibilità nel processo edilizio LCA     (3 ore);
c) Aspetti tecnologici riferiti alla progettazione degli elementi per garantire protezione termica, Illuminazione Naturale            e Ventilazione Naturale;            (3 ore);
d) Aspetti tecnologici di Prefabbricazione e costruzioni in Legno    (2 ore);
e) Protocolli di sostenibilità      (10 ore);
f) Tecnologie innovative come fabbricazione digitale e manifattura additiva applicate al settore edile       (5 ore);
g) La architettura parametrica e generativa (5);
h) Basi di ottimizzazione matematica e ottimizzazione topologica (5);
i) Applicazioni pratiche di fabbricazione digitale e protocolli di sostenibilità con esercitazioni e progetti di gruppo        (25 ore).