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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2017/2018
Scuola Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
Insegnamento 099549 - MATERIALI PER L'EDILIZIA
Docente Dichiarante Valentina , Lollini Federica
Cfu 15.00 Tipo insegnamento Corso Integrato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Nome Sezione Insegnamento
Arc - Urb - Cost (1 liv.)(ord. 270) - MI (497) INGEGNERIA EDILE E DELLE COSTRUZIONIIE1AZZZZ099549 - MATERIALI PER L'EDILIZIA

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

L’insegnamento di ‘Chimica di base’ è il primo modulo del corso integrato di ‘Materiali per l’edilizia’. Il corso si pone due obiettivi principali: in primo luogo, fornire l’impostazione metodologica e i concetti di base per studiare le trasformazioni della materia (struttura atomica e molecolare, aspetti termodinamici delle reazioni chimiche); in secondo luogo, applicare le suddette nozioni allo studio dei processi fondamentali che sono alla base di tali trasformazioni (diagrammi di stato, equilibrio chimico, acidi e basi, processi elettrochimici).

Le conoscenze acquisite sono preliminari per il modulo di ‘Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali’.

Nel dettaglio, il corso si articola nelle seguenti unità didattiche:

  1. Teoria atomica della materia (elementi, composti, miscele, particelle subatomiche, unità di massa atomica, isotopi, molecole, formule chimiche minime e molecolari, numero di Avogadro, mole, stechiometria).
  2. Meccanica quantistica e struttura atomica (quantizzazione dell’energia e proprietà ondulatorie della materia; modello atomico di Bohr; principio di indeterminazione di Heisenberg; orbitali e numeri quantici; configurazioni elettroniche: principio di esclusione di Pauli, regola di Hund, principio dell'Aufbau).
  3. Struttura elettronica e sistema periodicodegli elementi (principali classi di elementi; proprietà periodiche degli elementi: raggi atomici, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività).
  4. Legame chimico (regola dell'ottetto; lunghezza ed energia di legame; legame ionico: struttura cristallina e proprietà dei composti ionici; legame covalente: geometria delle molecole, formule di Lewis, teoria VSEPR, orbitali ibridi, polarità di legami e molecole; legame metallico: teoria delle bande, conduttori e semiconduttori, leghe).
  5. Stati di aggregazione della materia(interazioni intermolecolari e stato fisico; stato gassoso: equazione dei gas ideali; passaggi di stato e diagrammi di fase; stato liquido e solido; miscele liquide e soluzioni; forze intermolecolari e solubilità; concentrazioni).
  6. Equilibrio chimico (equilibrio dinamico di fase e di reazione; equilibri omogenei ed eterogenei; costanti di equilibrio e quozienti di reazione; principio di Le Chatelier).
  7. Reazioni chimiche in soluzione acquosa (soluzione, soluto, solvente; unità di concentrazione; proprietà colligative; acidi e basi: definizioni di Arrhenius, Broensted-Lowry, Lewis; equilibri acido/base; prodotto ionico dell'acqua; coppie acido/base coniugati; calcolo del pH per acidi e basi forti e deboli; equilibri di solubilità: soluzioni sature, prodotto di solubilità, effetto ione comune).
  8. Termodinamica chimica (sistema, ambiente e universo; grandezze intensive ed estensive; processi reversibili e irreversibili; funzioni di stato;energia interna; primo principio;entalpia; entalpia standard di formazione e di reazione; legge di Hess;entropia; secondo e terzo principio;energia libera di Gibbs; spontaneità e condizioni di equilibrio delle reazioni chimiche).
  9. Elettrochimica (reazioni di ossido-riduzione e relativo bilanciamento; semicelle e pile; forza elettromotrice; potenziali standard di riduzione; celle elettrolitiche; leggi di Faraday; equazione di Nernst; relazione tra energia libera e potenziale elettrochimico; relazione tra costante di equilibrio e potenziale elettrochimico; cenni introduttivi ai fenomeni di corrosione).

 

L’insegnamento di 'Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali' è il secondo modulo del corso integrato di 'Materiali per l'edilizia' e si pone l’obiettivo di fornire le conoscenze di base per un corretto uso dei materiali nell’ingegneria edile. Partendo da essenziali richiami alla struttura e alle proprietà delle varie classi di materiali, fornisce gli strumenti per una scelta razionale in termini di proprietà meccaniche, fisiche e di durabilità. Nel dettaglio, il programma del corso comprende i seguenti argomenti.

  1. Introduzione ai materiali. Principali materiali di interesse per l'ingegnere edile. Classificazione.
  2. Comportamento meccanico. Comportamento elastico; snervamento; rottura duttile e fragile; tenacità; ruolo dei difetti. Prove di trazione, compressione, flessione, durezza, fatica, resilienza.
  3. Altre proprietà. Proprietà termiche, elettriche e acustiche.
  4. Materiali metallici. Struttura cristallina dei metalli e difetti; struttura delle leghe e diagrammi di stato. Diagramma ferro-carbonio. Velocità di raffreddamento e trasformazioni di fase degli acciai. Comportamento elastico e plastico. Meccanismi di rafforzamento. Materiali metallici di maggior interesse per l'ingegnere edile: acciai da costruzione, acciai per armature per c.a. e c.a.p., acciai inossidabili, ghise, rame, alluminio e loro leghe. Cenni alle tecnologie di produzione, lavorazione e finitura. Corrosione dei metalli; passività; forme di corrosione. Corrosione e protezione di strutture metalliche esposte all'atmosfera.
  5. Materiali leganti. Cemento portland: materie prime e processi di produzione; composizione; idratazione; sviluppo della microstruttura; calore di idratazione; presa e indurimento; struttura porosa della pasta di cemento e suoi legami con la resistenza meccanica e la permeabilità. Classificazione dei cementi, tipi di cemento, cementi speciali. Calce e gesso.
  6. Calcestruzzo e c.a. Aggregati. Additivi per calcestruzzo. Calcestruzzo fresco: lavorabilità, segregazione, bleeding. Calcestruzzo indurito: permeabilità, proprietà meccaniche, ritiro igrometrico, scorrimento viscoso, fessurazione. Proporzionamento delle miscele cementizie (mix design) in funzione dei requisiti di resistenza, durabilità e lavorabilità. Cenni ai calcestruzzi speciali (HPC, SCC, leggeri). Degrado del calcestruzzo: attacco solfatico, attacco da gelo-disgelo, reazione alcali-aggregati. Corrosione delle armature nel calcestruzzo: da carbonatazione, da cloruri; influenza dell'ambiente e delle caratteristiche del calcestruzzo; prevenzione.
  7. Legno. Struttura; anisotropia; densità; umidità; difetti; proprietà meccaniche. Cenni al legno lamellare.
  8. Ceramici e vetri. Ceramici a pasta porosa e compatta utilizzati in edilizia (laterizi, piastrelle, porcellane e grés, refrattari). Principali tipi di vetro: struttura e proprietà.
  9. Pietre. Cenni.
  10. Polimeri. Cenni alla struttura e alle proprietà delle materie plastiche. Principali applicazioni dei polimeri di massa (PE, PVC, PS, PP). Richiamo ai materiali polimerici utilizzati per il recupero delle strutture degradate e cenni a materiali compositi.

 

ENGLISH VERSION

The course of ‘Fundamentals of Chemistry’ is the first module of the integrated course ‘Materials for Building’ The module has two main aims: the first is to provide students with the methodology and fundamental concepts to study the transformations of matter (atomic and molecular structure, thermodynamic features of chemical reactions); subsequently, these basics will be applied to the study of fundamental chemical phenomena (phase diagrams, chemical equilibrium, acids and bases, electrochemical processes).

The acquired knowledge is preliminary to the module of ‘Structure, properties and applications of materials’.

In detail, the module includes the following main topics:

  1. Atomic theory of matter (elements, compounds, mixtures, subatomic particles, atomic mass unit, isotopes, molecules, chemical formulas, Avogadro constant, mole, stoichiometry).
  2. Quantum mechanics and atomic structure (energy quantization and wave properties of matter; Bohr atomic model; Heisenberg uncertainty principle; orbitals; quantum numbers; electron configuration: Pauli exclusion principle, Hund’s rule, Aufbau principle).
  3. Electron configuration and periodic table of elements (main groups of elements; periodic properties of elements: atomic radius, ionization energy, electron affinity, electronegativity).
  4. Chemical bond (octet rule; bond length and energy; ionic bond: crystal structure and properties of ionic compounds; covalent bond: geometry of molecules, Lewis structures, VSEPR theory, hybrid orbitals, polarity of bonds and molecules; metallic bond: bands theory, conductors and semiconductors, alloys).
  5. Physical states of matter (intermolecular interactions and physical state; gaseous state: ideal gas law; phase transitions and phase diagrams; liquid and solid state; liquid mixtures and solutions; intermolecular forces and solubility; concentrations).
  6. Chemical equilibrium (dynamic phase and reaction equilibrium; homogeneous and heterogeneous equilibrium; equilibrium constants; reaction quotient; Le Chatelier principle).
  7. Chemical reactions in aqueous medium (solution, solute, solvent; concentration units; colligative properties; acids and bases: definitions by Arrhenius, Broensted-Lowry, Lewis; acid/base equilibrium; ionic product of water; acid/base couples; pH of strong and weak acids and bases; solubility equilibrium: saturated solutions, solubility product, common ion effect).
  8. Thermodynamics (system, surrounding ambient, universe; intensive and extensive parameters; reversible and irreversible processes; state functions; internal energy; first principle; enthalpy; formation standard enthalpy; reaction standard enthalpy; Hess law; entropy; second and third principles; Gibbs free energy; spontaneity and equilibrium of chemical reactions).
  9. Electrochemistry (redox processes and their balancing; half-cells and batteries; electromotive force; standard reduction potentials; electrolytic cells; Faraday’s laws; Nernst equation; relation between free energy and electrochemical potential; relation between equilibrium constant and electrochemical potential; introduction to corrosion phenomena).

The course of 'Structure, properties and applications of materials' is the second module of the integrated course of 'Materials for Building'. It aims at providing the basic knowledge for a proper selection and use of construction materials in building engineering. After an essential description of the structure and properties of the different classes of materials, the course provides the tools for selecting materials on the basis of mechanical, physical and durability properties. In details, the course program include the following topics:

  1.  Introduction. Construction materials. Classification. Correlation between properties and structure.
  2. Mechanical properties. Elastic behaviour; yield; ductile fracture and brittle fracture; toughness; role of defects. Tensile, compression and bending tests; hardness, fatigue, impact test.
  3. Physical properties. Thermal, electrical and optical properties of materials.
  4. Metals. Crystal structure of metals. Alloys and equilibrium phase diagrams. The iron-carbon diagram. Cooling and phase transformations of steels. Elasticity and plasticity. Strengthening. Structural steels; steel reinforcement; stainless steels; cast irons; copper and aluminum and their alloys. Forming and working of metals. Corrosion of metals; passivity; forms of corrosion. Atmospheric corrosion and protection.
  5. Binders. Portland cement: raw materials and manufacture; composition; hydration; development of microstructure; heat of hydration; setting and hardening; porous structure of cement paste and its relationship with strength and permeability. Classification of cements, types of cements, special cements. Gypsum. Lime and hydraulic lime.
  6. Concrete and reinforced concrete. Aggregates. Admixtures. Fresh concrete: workability, segregation, bleeding. Hardened concrete: permeability, mechanical properties, drying shrinkage, creep, cracking. Mix design. Special concretes (HPC, SCC, lightweight concrete). Durability of concrete: degradation of concrete (sulphate attack, freeze-thaw attack, alkali-aggregate attack); corrosion of reinforcement (carbonation and chlorides). Prevention.
  7. Timber. Structure and anisotropy; density; moisture; defects; mechanical properties. Timber products; laminated timber.
  8. Ceramics and glasses. Traditional ceramics: fired clay bricks, tiles, porcelain. Glasses: structure and properties.
  9. Natural stones.Classification and properties.
  10. Polymers. Structure and properties of polymeric materials. Types and applications of polymers. Composite materials.

Note Sulla Modalità di valutazione

La valutazione del profitto dello studente è data dalla media ponderata delle valutazioni conseguite nei due singoli moduli.

La valutazione del modulo di Chimica consiste di una prova scritta (risoluzione di problemi numerici e domande dei carattere teorico a risposta aperta sugli argomenti del corso), seguita da una eventuale prova orale facoltativa, su richiesta dello studente.

La valutazione del modulo di Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali consiste di una prova scritta (risoluzione di problemi numerici e domande dei carattere teorico a risposta multipla sugli argomenti del corso), seguita da una eventuale prova orale facoltativa, su richiesta dello studente.

ENGLISH VERSION

The final evaluation of acquired knowledge is calculated as the weighted average of those achieved in the two modules.

The evaluation of the  course of ‘Fundamentals of Chemistry’ consists of a written test (solving numerical problems and theoretical open-ended questions on topics covered in the programme), followed by a supplementary oral exam, upon request by the student.

The evaluation of the  course of ‘Structure, properties and applications of materials’ consists of a written test (solving numerical problems and theoretical multiple choice questions on topics covered in the programme), followed by a supplementary oral exam, upon request by the student.

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaL. Bertolini, M. Carsana,, Materiali da costruzione. Volume 1 - Struttura, proprieta' e tecnologie di produzione, Editore: Citta' Studi Edizioni, Anno edizione: 2016
Risorsa bibliografica facoltativaAtkins, Jones, Principi di chimica, Editore: Zanichelli
Risorsa bibliografica facoltativaD'Arrigo, Famulari, Gambarotti, Scotti, Chimica: esercizi e casi pratici, Editore: Edises

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
96.0
esercitazione
54.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
02/04/2020