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Degrado dei materiali e metodi di prevenzione

01VKMMX

A.A. 2023/24

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile - Torino

Organizzazione dell'insegnamento

Didattica	Ore
Lezioni	45
Esercitazioni in aula	15

Docenti

Docente	Qualifica	Settore	h.Lez	h.Es	h.Lab	h.Tut	Anni incarico
Maizza Giovanni	Professore Ordinario	IIND-03/C	22,5	7,5	0	0	5

Collaboratori

Espandi

Docente	Qualifica	Settore	h.Lez	h.Es	h.Lab	h.Tut
Perero Sergio	Collaboratore Esterno		22,5	7,5	0	0

Didattica

SSD	CFU	Attivita' formative	Ambiti disciplinari
ING-IND/21 ING-IND/22	3 3	F - Altre attività (art. 10) F - Altre attività (art. 10)	Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro

Date d'appello

Orario delle lezioni

Statistiche superamento esami

Anno accademico di inizio validità

2023/24

Presentazione

I materiali svolgono un ruolo importante nell'Ingegneria Civile sia per le nuove strutture/infrastrutture (progettazione), sia per le strutture esistenti (protezione, recupero). La loro stabilità nonché sicurezza nel tempo dipende dalla loro iniziale scelta/protezione in funzione dell'ambiente in cui operano come anche dai programmi di ispezione e manutenzione previsti in fase di progetto. L'insegnamento di "Degrado dei materiali da costruzione e prevenzione" mira a fornire una cultura ingegneristica approfondita sui materiali per l'edilizia e l'ingegneria civile con particolare attenzione alle problematiche del degrado. L'insegnamento propone una panoramica teorica e pratica del comportamento in opera dei materiali, fondamentale per la costruzione di nuovi edifici e infrastrutture civili come anche per il restauro di quelli esistenti. Nello specifico verranno affrontati i seguenti argomenti: • degrado di materiali e strutture in funzione delle condizioni di esposizione ambientale • strategie di prevenzione nella progettazione, costruzione e gestione delle strutture • tecniche di indagine su materiali e costruzioni (diagnostica e analisi di degrado) • materiali e tecnologie per il consolidamento e il restauro di strutture degradate. L'insegnamento comprende anche molti esempi di impiego dei materiali al fine di stimolare la capacità e la sensibilità critica dell’allievo ingegnere su come varie proprietà dei materiali debbano essere armonizzate affinché si possa operare una scelta di materiali, oculata e duratura, prendendo in debito conto le moderne tecnologie di costruzione. Verranno inoltre illustrati in dettaglio i principali processi tecnologici per la produzione dei materiali unitamente ai metodi previsionali di degrado delle strutture nel tempo.

Materials for civil engineering play an important role both in new and existing structures/infrastructures, during the design and the protection or restioration stages respectively. Their performance and durability depend on both their optimal selection/protection as a function of the facing environment as well as on in-service inspection monitoring and maintanance programs scheduled at the design stage. The teaching course of "Degradation of construction materials and prevention" is intended to provide an in-depth engineering education on building and civil engineering materials with special attention to on-service degradation. The proposed course provides theoretical and practical foundations on the behaviour of in-service materials which is paramount for the construction of new buildings and infrastructures as well as for the existing ones. Specifically, the following topics are covered: - degradation of materials and structures as a function of the conditions of exposure to the surrounding environment - prevention strategies in the design, construction, and maintanance of civil structures - inspection techniques for materials and civil structures and infrastructures (diagnosis and deterioration analysis) - materials and technologies for the consolidation and/or restoration of degraded structures. This course also proposes a variety of examples of materials selection aimed at stimulating the student's capability and criticism on the simultaneous harmonization of several materials properties, taking also advantage of modern production and assembly technologies, to assure high performance and durable civil structures. The fundamentals on main materials manufacturing processes and design methodologies to predict in-servise degradation of structures are also presented.

Risultati attesi

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di: - comprendere i meccanismi caratteristici di degrado dei materiali da costruzione sia metallici che non metallici, in funzione delle proprietà dei materiali, delle specifiche applicazioni e delle condizioni ambientali; - applicare le conoscenze teoriche acquisite sui materiali da costruzione per prevedere lo stato di degrado e mantenimento delle prestazioni in sicurezza delle strutture nel tempo; - scegliere le metodologie più idonee per prevenire i fenomeni di degrado dei materiali da costruzione in fase di progettazione; - individuare i requisiti nonché le buone pratiche in termini di materiali e metodi di sorveglianza da adottare durante la costruzione e la manutenzione delle strutture nel tempo.

Prerequisiti

Insegnamenti fondamentali di fisica, chimica, meccanica delle strutture, scienza e tecnologia dei materiali.

Programma

L'insegnamento si divide in due parti principali: I. Materiali metallici (30 h), II. Materiali non metallici (30 h). Nel complesso, gli argomenti trattati sono: - principali classi di acciai e relativi metodi di fabbricazione, - infragilimento di materiali metallici e relative conseguenze indotte dal degrado - proprietà e degrado dei materiali ceramici, polimerici e lapidei nell'ingegneria civile - criteri di selezione dei principali materiali da costruzione (acciai, materiali lapidei, leganti idraulici e non, mattoni e muratura, legno, materiali compositi) in funzione delle prestazioni e durabilità - corrosione dei materiali metallici - meccanismi specifici di degrado nel calcestruzzo e nel cemento armato - meccanismi specifici di degrado dei materiali lapidei e laterizi - metodi di protezione dei materiali da fenomeni di degrado e metodi di monitoraggio nel tempo - breve panoramica dei materiali e delle tecniche per il restauro delle strutture - analisi di casi studio (es. degrado di materiali metallici e non-metallici, progetto di protezione catodica di strutture in acciai immerse in acqua di mare, selezione guidata dei materiali per le costruzioni).

I materiali metallici nel settore delle costruzioni (30h) Richiami sul legame metallico; reticoli cristallini dei metalli: FCC, BCC e HCP; costituzione della microstruttura e identificazione dei principali microcostituenti; siti interstiziali; difetti di punto e soluzioni solide; dislocazione, sistemi di scorrimento e deformazione plastica. Meccanismi di rafforzamento. Diagramma di stato metastabile Fe-Fe3C, curve TTT e CCT; morfologia e proprietà dei principali micro-costituenti e fasi. Caratteristiche microstrutturali degli acciai strutturali ferritico-perlitici. Breve analisi dei moderni acciai alto resistenziali (HSLA, High Performance Steels). Produzione, resistenza e resilienza degli acciai strutturali a temperatura ambiente, a bassa e alta temperatura: influenza della composizione chimica e delle impurezze. Difettologia degli acciai e conseguenze pratiche. Fenomeni di degrado e infragilimento degli acciai. Acciai inossidabili, produzione, proprietà, impiego. Corrosione a umido dei materiali metallici: corrosione generalizzata, corrosione galvanica, vaiolatura, corrosione in fessura e tenso-corrosione. Saldabilità degli acciai: zona di fusione e zona affetta termicamente, difetti di saldatura, carbonio equivalente. Applicazione della saldatura ad alcune leghe di Alluminio. Tecnologie di saldatura Prodotti in acciaio strutturale: processo produttivo e forme commerciali. Cenni di saldatura laser per applicazioni tradizionali e breve excursus inerente le moderne applicazioni di questa tecnologia nell’ambito della manifattura additiva. Classificazione e designazione dei principali prodotti in acciaio per le applicazioni di ingegneria civile; testing dei materiali e controllo qualità. Cenno sull’uso delle curve di Ashby, linee guida per la corretta scelta di un materiale per realizzare un componente reale di forma opportuna. I materiali non metallici nel settore delle costruzioni (30h) Produzione vetro, riepilogo vetri per il risparmio energetico, normative rilevanti e esercizi calcolo. Vetri cromogeni e vetri fotocromici. Isolamento termico: Richiami alle proprietà termiche dei materiali. Vetro cellulare per l’isolamento termico degli edifici. Materiali innovativi per l’isolamento termico. Cenni ai materiali a cambiamento di fase per l’accumulo di calore. Le materie plastiche: richiami alle generalità, struttura, sintesi e classificazione dei materiali polimerici. Tecnologia dei materiali polimerici. Applicazioni dei polimeri in edilizia (materiali espansi, adesivi, pitture, sigillanti) Introduzione ai materiali compositi, generalità, classificazione, meccanismi di rinforzo, processi produttivi; materiali compositi rinforzati con fibre. Materiali compositi per applicazione nel settore dell’edilizia: compositi a matrice polimerica rinforzata con fibre (FRP). Il legno: struttura, resistenza meccanica, deformazioni, degrado. Pannelli di legno e legno lamellare. Bioedilizia: linee guida per la progettazione, costruzione e gestione di un edificio/struttura in regola con i principi della sostenibilità ambientale. Accenni al degrado dei materiali utilizzati in edilizia: degrado del calcestruzzo, del vetro, delle murature e dei polimeri.

Sustainable development goals

Rendere le città e gli insediamenti umani inclusivi, sicuri, duraturi e sostenibili

Costruire un'infrastruttura resiliente e promuovere l'innovazione ed una industrializzazione equa, responsabile e sostenibile

Garantire modelli sostenibili di produzione e di consumo

Note

https://didattica.polito.it/img/sustainable_goals/11.jpg

Organizzazione dell'insegnamento

L'intero corso consta di lezioni teoriche (45 h) e di esercitazioni in classe (15 h) per l'analisi/discussione critica di casi studio selezionati.

Bibliografia

Il materiale didattico comprende essenzialmente: le slide delle lezioni fornite dai docenti (disponibili in anticipo sulla pagina web del corso) unitamente agli appunti degli studenti. Eventuali lezioni videoregistrate tramite Virtual Classroom degli anni passati. Sono consigliati (ma non obbligatori) per colmare eventuali lacune di base ovvero soddisfare esigenze di approfondimento I seguenti libri di testo: - W.D. Callister, D.G. Rethwisch, "Materials Science and Engining: An Introduction", Wiley, 2018 - F.C. Campbell, "Elements of Metallurgy and Engineering Alloys", ASM International, 2008 - J. K. Saha, Corrosion of constructional steels in marine and industrial environment, Springer, 2013 - L. Bertolini, "Materiali da costruzione. Volume II", Editore Città studi, 2012 - Carla Lisci, Fabio Sitzia, “Degrado, danni e difetti delle pietre naturali e dei laterizi”, Maggioli Editore, 2021 - Matteo Felitti - Lucia Rosaria Mecca, “Il degrado delle strutture in calcestruzzo”, Maggioli Editore 2018.

Materiale di supporto allo studio

Nessuno;

Criteri, regole e procedure per l'esame

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale;

Exam: Compulsory oral exam; Individual project;

... L'esame mira a verificare la comprensione degli argomenti teorici e applicativi trattati durante le lezioni e le esercitazioni, con particolare attenzione alla qualità iniziale dei materiali, al loro degrado nel tempo e all'interazione tra materiali e ambiente. Nello specifico, l'esame intende verificare la capacità dello studente di interpretare le schede tecniche di prodotti e di mettere in relazione le informazioni in esse contenute con le prestazioni richieste dalle strutture in ambito civile, di identificare la combinazione ottimale delle proprietà dei materiali per soddisfare particolari impieghi, di scegliere in modo critico i materiali adeguati per specifiche applicazioni, prevenire i fenomeni di degrado e programmare appropriate azioni di prevenzione/ ripristino. Per la parte Metalli si intende accertare inoltre le capacità dello studente nel: a) correlare proprietà (standard) dei materiali con prestazioni dei componenti strutturali reali da assicurare in esercizio, b) conoscere le normative europee dei prodotti d’interesse nelle applicazioni civili; c) prevedere metodologie di analisi e/o controllo non distruttivo delle strutture in opera; d) confrontare le prestazioni di diverse tipologie di prodotto in base a differenti processi produttivi, durabilità e sostenibilità. Per soddisfare le numerose e diversificate esigenze formative di ciascun studente di ciascun orientamento previsto dal CDS di Ingegneria Civile (cinque nella fattispecie), é lasciata libertà a ogni studente di svolgere o meno una tesina con finalità applicative in linea con il proprio orientamento. La scelta dell'argomento é concordata preventivamente con entrambi i docenti del corso. Il materiale di riferimento (articoli scientifici di recente pubblicazione e/o capitoli di libri di testo) sono forniti e selezionati ad-hoc dai docenti per ogni studente. Saranno valutate molto positivamente le tesine che sapranno coniugare gli argomenti presentati nelle due parti dell'insegnamento e esplicarsi in dettaglio, originalità, rigore e completezza nell'ambito dell'applicazione prescelta. L’esame é proposto completamente in forma orale in un intervallo di tempo complessivo di max 30 min. Le prime due domande verteranno sulla tesina, le successive sulle due parti del corso (Metalli e Non-metalli) non affrontati nella tesina. In assenza di tesina, l'esame verterà su tutti gli argomenti del corso di ambedue le parti. In generale è richiesto di argomentare le motivazioni nonché le conseguenze di alcune specifiche scelte di materiali, considerando sia le specifiche prestazionali, sia le qualità (chimiche, fisiche e microstrutturali ivi compresa la natura/distribuzione dei difetti). Almeno una delle domande richiede la conoscenza sulla correlazione tra parametri ambientali, proprietà chimiche/ meccaniche e i parametri di produzione. Non è ammesso l'utilizzo di libri, appunti, formulari e apparecchi elettronici durante lo svolgimento dell'esame. Il voto finale sarà dato dalla media aritmetica dei due voti ricevuti rispettivamente nella parte di Metalli and Non-metalli comprensivi della valutazione della tesina ove presente (valutazione massima singole prove 30/30). L'eventuale lode é attribuita ai candidati che conseguiranno la massima votazione in ambedue le parti con parere favorevole di entrambi i docenti.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.

L'esame mira a verificare la comprensione degli argomenti teorici e applicativi trattati durante le lezioni e le esercitazioni, con particolare attenzione alla qualità iniziale dei materiali, al loro degrado nel tempo e all'interazione tra materiali e ambiente. Nello specifico, l'esame intende verificare la capacità dello studente di interpretare le schede tecniche di prodotti e di mettere in relazione le informazioni in esse contenute con le prestazioni richieste dalle strutture in ambito civile, di identificare la combinazione ottimale delle proprietà dei materiali per soddisfare particolari impieghi, di scegliere in modo critico i materiali adeguati per specifiche applicazioni, prevenire i fenomeni di degrado e programmare appropriate azioni di prevenzione/ ripristino. Per la parte Metalli si intende accertare inoltre le capacità dello studente nel: a) correlare proprietà (standard) dei materiali con prestazioni dei componenti strutturali reali da assicurare in esercizio, b) conoscere le normative europee dei prodotti d’interesse nelle applicazioni civili; c) prevedere metodologie di analisi e/o controllo non distruttivo delle strutture in opera; d) confrontare le prestazioni di diverse tipologie di prodotto in base a differenti processi produttivi, durabilità e sostenibilità. Per soddisfare le numerose e diversificate esigenze formative di ciascun studente di ciascun orientamento previsto dal CDS di Ingegneria Civile (cinque nella fattispecie), é lasciata libertà a ogni studente la scelta di svolgere una tesina con finalità applicative in linea con il proprio orientamento. La scelta dell'argomento é concordata preventivamente con entrambi i docenti del corso. Il materiale di riferimento (articoli scientifici di recente pubblicazione e/o capitoli di libri di testo) sono forniti e selezionati ad-hoc dai docenti per ogni studente. Saranno valutate molto positivamente le tesine che sapranno coniugare gli argomenti presentati nelle due parti dell'insegnamento e esplicarsi in dettaglio, originalità, rigore e completezza nell'ambito dell'applicazione prescelta. L’esame é proposto completamente in forma orale in un intervallo di tempo complessivo di max 30 min. Le prime due domande verteranno sulla tesina, le successive sulle due parti del corso (Metalli e Non-metalli) non affrontati nella tesina. In assenza di tesina, l'esame verterà su tutti gli argomenti del corso di ambedue le parti. In generale è richiesto di argomentare le motivazioni nonché le conseguenze di alcune specifiche scelte di materiali, considerando sia le specifiche prestazionali, sia le qualità (chimiche, fisiche e microstrutturali ivi compresa la natura/distribuzione dei difetti). Almeno una delle domande richiede la conoscenza sulla correlazione tra parametri ambientali, proprietà chimiche/ meccaniche e i parametri di produzione. Non è ammesso l'utilizzo di libri, appunti, formulari e apparecchi elettronici durante lo svolgimento dell'esame. Il voto finale sarà dato dalla media aritmetica dei due voti ricevuti rispettivamente nella parte di Metalli and Non-metalli comprensivi della valutazione della tesina ove presente (valutazione massima singole prove 30/30). L'eventuale lode é attribuita a ai candidati che conseguiranno la massima votazione in ambedue le parti con parere favorevole di entrambi i docenti.