IdCLM24

Attenzione! Per visualizzare le informazioni dettagliate può essere necessario navigare nei moduli/canali indicati di seguito.

Lingua Insegnamento:

Per MdC:
Italiano

Per PI:
ITALIANO (Lezioni e revisioni)

INGLESE (Lezioni e revisioni)
Testi di riferimento:

Per MdC:

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

Per PI:

• 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;

• Riviste tecniche di settore.

Altre letture consigliate per approfondimenti tematici e argomenti specifici, saranno indicate nel corso delle attività di esercitazione. I materiali didattici supplementari saranno consegnati direttamente agli iscritti al corso.
Obiettivi formativi:

Per MdC:
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.

Per PI:
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 e fabbricazione digitale). 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 MdC:
Nozioni chimiche e fisiche di base.

Per PI:
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. Conoscenze di base di analisi strutturali agli elementi finiti.
Non ci sono specifici prerequisiti di propedeuticità per l’iscrizione. Si richiede però di aver sostenuto tutti gli esami dei SSD ICAR/09 e ICAR/10 previsti nel corso triennale di Ingegneria delle Costruzioni (classe L23) o di eventuale altra laurea triennale di provenienza.
Metodi didattici:

Per MdC:

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

Per PI:
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;
-Seminari riguardanti la progettazione multi obiettivo e silulazioni delle performance dei comonenti realizati con nuove tecnoogie
-Revisioni e Verifiche delle esercitazioni e progetti di gruppo e/o individuali.
-Esperianza finale in laboratorio per il test di componenti progettati dagli studenti.
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 PI:
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. Attraverso i test di laboratorio effettuati sui prototipi progettati dagli studenti si valuteranno i risultati dei progetti di gruppo e verranno assegnati dei punteggi sulla base delle performance ottenute.
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 PI:
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:
-Obiettivo 9: Costruire un’infrastruttura resiliente e promuovere l’innovazione ed una industrializzazione equa, responsabile e sostenibile.
(Traguardo 9.2) Promuovere un’industrializzazione inclusiva e sostenibile e aumentare significativamente, entro il 2030, le quote di occupazione nell’industria e il prodotto interno lordo, in linea con il contesto nazionale, e raddoppiare questa quota nei paesi meno sviluppati.
(Traguardo 9.5) Aumentare la ricerca scientifica, migliorare le capacità tecnologiche del settore industriale in tutti gli stati – in particolare in quelli in via di sviluppo – nonché incoraggiare le innovazioni e incrementare considerevolmente, entro il 2030, il numero di impiegati per ogni milione di persone, nel settore della ricerca e dello sviluppo e la spesa per la ricerca – sia pubblica che privata – e per lo sviluppo;
-Obiettivo 11: Rendere le città e gli insediamenti umani inclusivi, sicuri, duraturi e sostenibili.
(Traguardo 11.3) Entro il 2030, potenziare un’urbanizzazione inclusiva e sostenibile e la capacità di pianificare e gestire in tutti i paesi un insediamento umano che sia partecipativo, integrato e sostenibile;
-Obiettivo 12: Garantire modelli sostenibili di produzione e di consumo.
(Traguardo 12.4) Entro il 2020, raggiungere la gestione eco-compatibile di sostanze chimiche e di tutti i rifiuti durante il loro intero ciclo di vita, in conformità ai quadri internazionali concordati, e ridurre sensibilmente il loro rilascio in aria, acqua e suolo per minimizzare il loro impatto negativo sulla salute umana e sull’ambiente.
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 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.

Per PI:
- Semestre in cui il corso è erogato: Secondo.
- 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).

Per MdC:
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 PI:
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 e progettazione multi obiettivo     (5 ore);

f) Tecnologie innovative ed efficienza strutturale: fabbricazione digitale e manifattura additiva nel settore edile (10 ore);

g) La architettura parametrica e generativa (5);

h) Basi di ottimizzazione matematica e ottimizzazione topologica (5 ore);

i) Applicazioni pratiche di fabbricazione digitale e protocolli di sostenibilità con esercitazioni e progetti di gruppo        (25 ore).

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 PI:
Nel curriculum Sostenibilità e Energia del percorso di studio magistrale di Ingegneria delle costruzioni (Classe LM24), l’insegnamento di PROGETTAZIONE INTEGRATA E FABBRICAZIONE DIGITALE(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 e progettazione multi obiettivo     (5 ore);
f) Efficienza strutturale e Tecnologie innovative come fabbricazione digitale e manifattura additiva applicate al settore edile       (10 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).