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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
Insegnamento 054389 - MATERIALI PER LE COSTRUZIONI
Docente Dichiarante Valentina , Redaelli Elena
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 COSTRUZIONIIE1AZZZZ054389 - MATERIALI PER LE COSTRUZIONI

Obiettivi dell'insegnamento

L’insegnamento di “Materiali per le costruzioni” si compone di due moduli: il modulo di “Chimica di base” da 6 CFU al primo semestre e il modulo di “Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali” da 9 CFU al secondo semestre.

L’insegnamento di “Chimica di base” ha come principali obiettivi: (i) fornire l’impostazione metodologica e i concetti di base per studiare le trasformazioni della materia (struttura atomica e molecolare, aspetti termodinamici delle reazioni chimiche); (ii) 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).

L’insegnamento di “Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali” si pone l’obiettivo di fornire le conoscenze di base per un corretto uso dei materiali nei diversi settori dell’ingegneria e della produzione edilizia. 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 e fisiche. Dedica particolare attenzione allo studio dei conglomerati cementizi e degli acciai, vista la loro rilevanza nel campo dell’edilizia. Vengono inoltre richiamate le proprietà di altri materiali utilizzati nelle costruzioni: i materiali metallici non ferrosi, il legno, i ceramici tradizionali, i vetri, le pietre e i materiali polimerici.


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente acquisisce i concetti fondamentali della chimica ed è in grado di prevedere la relazione esistente tra struttura microscopica della materia e proprietà macroscopiche (fisiche, meccaniche, ecc.) dei materiali. Possiede conoscenze di base sulla stechiometria e la termodinamica delle reazioni chimiche, sulle principali categorie di equilibri chimici e su processi elettrochimici.

Lo studente conosce le proprietà e la struttura delle principali classi di materiali utilizzati nell’edilizia e, all’interno di ogni classe, distingue i materiali che differiscono per composizione, modalità di produzione e applicazioni. Applica le conoscenze acquisite per scegliere correttamente i materiali in funzione dei requisiti formulati in fase di progetto.


Argomenti trattati

Il programma del modulo di “Chimica di base” 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 periodico degli 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)

Il programma del modulo di “Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali” prevede i seguenti argomenti:

  1. Introduzione ai materiali. Principali materiali di interesse per l’edilizia. Classificazione. Correlazione tra proprietà e struttura.
  2. Comportamento meccanico. Comportamento elastico; snervamento; rottura duttile e fragile; tenacità; ruolo dei difetti. Prove di trazione, compressione, flessione, durezza, fatica, resilienza.
  3. Proprietà fisiche. Cenni alle proprietà fisiche dei materiali (termiche, elettriche, ottiche).
  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’edilizia: acciai da costruzione, acciai per armature per c.a. e c.a.p., acciai inossidabili, ghise; rame e alluminio e loro leghe. Cenni alle tecnologie di produzione, lavorazione e finitura. Corrosione dei metalli; passività; forme di corrosione. Cenni alla corrosione e protezione di strutture metalliche esposte all’atmosfera.
  5. Materiali leganti. Gesso. Calce aerea e calce idraulica. 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. Malte.
  6. Calcestruzzo e calcestruzzo armato. 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). Cenni ai calcestruzzi speciali (HPC, SCC, leggeri). Cenni al 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 del degrado.
  7. Ceramici e vetri. Ceramici a pasta porosa e compatta utilizzati in edilizia: laterizi, piastrelle, porcellane e grés. Principali tipi di vetro: struttura e proprietà.
  8. Pietre. Cenni alla classificazione e alle proprietà delle pietre.
  9. Polimeri. Struttura e 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. Cenni ai materiali compositi per l’edilizia.
  10. Legno. Struttura; anisotropia; densità; umidità; difetti; proprietà meccaniche. Cenni al legno lamellare.

Prerequisiti

Si richiede la conoscenza delle nozioni elementari di matematica e fisica fornite dalla scuola media superiore.

Le conoscenze acquisite al termine del modulo di “Chimica di base” sono propedeutiche per il successivo modulo di “Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali”.


Modalità di valutazione

La valutazione del profitto dello studente è data dalla media ponderata delle valutazioni conseguite nei due singoli moduli. L’esame di ciascun modulo consiste di una prova scritta (esercizi, domande e domande a test), seguita da una eventuale prova orale facoltativa, su richiesta dello studente. Per il modulo di “Chimica di base” sono previste prove in itinere.

L’esame ha l’obiettivo di valutare la conoscenza e comprensione dello studente degli argomenti trattati e la sua capacità di applicare le conoscenze per scegliere correttamente i materiali in funzione dei requisiti di progetto.


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaBrown, LeMay, Bursten, Murphy, Woodward, Stoltzfus, Fondamenti di chimica, IV ed., Editore: Edises, Anno edizione: 2018, ISBN: 9788879598538
Risorsa bibliografica facoltativaKotz, Treichel, Townsend, Treichel, Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879599665
Risorsa bibliografica obbligatoriaD'Arrigo, Famulari, Gambarotti, Scotti, Chimica: esercizi e casi pratici, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879599634
Risorsa bibliografica obbligatoriaBertolini, Carsana, Materiali da costruzione. Vol. I: Struttura, proprietà e tecnologie di produzione, Editore: Città Studi Edizioni, Anno edizione: 2014, ISBN: 9788825173963

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
113:00
169:30
Esercitazione
37:00
55:30
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 150:00 225:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese

Note Docente
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/02/2020