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Lingua Insegnamento:Italiano
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Testi di riferimento:
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
Donald R. Askeland The Science and Engineering of Materials
James E. Gordon La scienza dei materiali resistenti
Appunti del corso
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Obiettivi formativi:
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.
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Prerequisiti:
Nozioni chimiche e fisiche di base.
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Metodi didattici:
Se possibile lezioni frontali; in caso di impossibilità lezioni online via Teams.
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Modalità di verifica dell'apprendimento:
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 per motivi vari (per es. situazioni sanitarie problematiche in essere) non fosse possibile 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.
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Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile:
Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile -
Altre Informazioni:
Il giorno di ricevimento studenti è il mercoledì, dalle 9.00 alle 11.00, previo appuntamento tramite email. E' comunque possibile combinare ricevimenti anche in altri giorni e orari, sempre previo scambio email.
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
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 cementoPortland. 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.
Scopri cosa vuol dire essere dell'Ud'A
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