Obiettivi formativi
I principali obiettivi riguardano a) la comprensione della correlazione tra struttura microscopica e proprietà (chimiche, fisiche e meccaniche); b) le conoscenze di base per la scelta e l’impiego dei materiali nelle costruzioni, in condizioni di emergenza, necessità di messa in sicurezza, mitigazione del rischio. Risultati di apprendimento attesi riguardano la conoscenza: - delle proprietà chimiche, fisiche, meccaniche dei materiali per il settore delle costruzioni; - delle modalità di impiego e messa in opera dei materiali e delle relative problematiche di degrado e durabilità attraverso la comprensione della struttura atomica e degli stati di aggregazione della materia, ed i suoi stati di aggregazione, della struttura microscopica e macroscopica delle principali classi di materiali; - delle trasformazioni delle materie prime, i cicli di produzione, l'impiego dei materiali, il degrado, i fenomeni di combustione e le caratteristiche delle acque potabili, minerali e reflue. Comprensione dei fenomeni e meccanismi di degrado relativi ai leganti aerei ed idraulici, ai legnami, ai materiali metallici, ai materiali ceramici, ai litotipi, all'inquinamento dell'aria e delle acque.Conoscenze di chimicaIntroduzione ai materiali. Ciclo di vita dei materiali. Microstruttura e macrostruttura. Proprietà chimiche, fisiche e meccaniche. Metodi di prova e controlli. Progettazione e scelta dei materiali. Problematiche legate a rischio chimico, tossicità, nocività, impatto ambientale riuso e riciclo. Consorzi per il riciclaggio, codice CER, simbologia. Malte e calcestruzzi. Leganti aerei e idraulici. Materie prime, produzione, caratteristiche dei prodotti ottenuti. Tipi di cemento, materie prime, produzione ed impianti, normativa UNI EN 197 (cemento Portland, cementi Portland di miscela, cemento d’altoforno, cemento pozzolanico, cemento composito). Proprietà allo stato fresco (reazioni di idratazione, calore di idratazione, lavorabilità struttura porosa, permeabilità) ed indurito (presa, indurimento, resistenza meccanica resistenza meccanica, permeabilità, ritiro, deformazione elastica e viscosa, fessurazioni). Acqua d’impasto, aggregati ed additivi. Stagionatura e messa in opera. Durabilità delle opere in c.a. e c.a.p.: classi di esposizione (UNI EN 206) e degrado (attacco solfatico, gelo-disgelo, acque pure, reazione alcali aggregati; corrosione delle armature carbonatazione e/o cloruri. Mix design funzione di lavorabilità, resistenza meccanica e durabilità. Cenni inerenti: resistenza al fuoco, prove non distruttive ed test colorimetrici, conglomerati speciali (calcestruzzi ad alte prestazioni (HPSC), autocompattanti (SCC), calcestruzzi alleggeriti, calcestruzzi proiettati spritz beton-shotcrete). Prove distruttive, non distruttive. Le prove meccaniche, resistenza caratteristica, prelievo del calcestruzzo e controlli. Materiali metallici. Produzione, materie prime, impianti siderurgici, proprietà meccaniche e meccanismi di rafforzamento. Diagramma di stato Ferro-Carbonio. Proprietà e caratteristiche principali dei materiali metallici relativi al campo delle costruzioni: acciai da costruzione, acciai per armature per c.a. e c.a.p., acciai inossidabili. Le ghise, classificazione e proprietà. Rame, alluminio, titanio e loro leghe. Corrosione e protezione negli ambienti naturali. Meccanica della frattura Legno. Produzione e classificazione delle essenze legnose. Struttura, anisotropia, densità, umidità, difetti, proprietà meccaniche e degrado. Prodotti del legno (lamellare, X-Lam, compensati, truciolati e MDF). Produzione del legname. Il degrado del legno, insetti xilofagi e funghi microscopici (caria del legno). Diagnostica. Prove distruttive, non distruttive e controlli. Materiali ceramici e vetri: laterizi, piastrelle, porcellane, grés, vetri comuni e di sicurezza. Materie prime, produzione, prodotti, proprietà e caratteristiche fisico-meccaniche. Materiali lapidei: proprietà e caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche. Ciclo delle rocce. Principali tipologia di pietre impiegate. Problematiche legate alla conservazione e degrado (cenni). Materiali polimerici e compositi. Proprietà e applicazioni dei polimeri utilizzati nel campo delle costruzioni. Fenomeni di degrado. Materiali polimerici per il ripristino. Materiali compositi a matrice polimerica (cenni). La combustione completa ed incompleta, i prodotti gassosi e solidi ottenuti. Il potere calorifico. Il petrolio, localizzazione, giacimenti, rischi, lavorazioni petrolchimiche e prodotti ottenuti. Classificazione dei combustibili solidi. Inquinamenti gassosi e solidi, distribuzione e trasporto. Particolato atmosferico e classificazione delle particelle. Abbattimento e solubilizzazione in atmosfera di gas e polveri. Prelievo e caratterizzazione. Le acque naturali, il ciclo delle acque, diagramma di stato, caratteristiche della pioggia e della neve, misura, raccolta e prelievo, fenomeni di carsismo, acque aggressive ed incrostanti. Principali parametri chimici, fisici e biologici. Acque minerali, caratteristiche e requisiti di legge. Potabilità, trasparenza, solidi sospesi. Acque reflue o di scarico, la normativa, inquinanti chimici, fisici e biologici. Impianti di trattamento delle acque, trattamenti primari, secondari e terziari.
Programma
Introduzione ai materiali. Ciclo di vita dei materiali. Microstruttura e macrostruttura. Proprietà chimiche, fisiche e meccaniche. Metodi di prova e controlli. Progettazione e scelta dei materiali. Problematiche legate a rischio chimico, tossicità, nocività, impatto ambientale riuso e riciclo. Consorzi per il riciclaggio, codice CER, simbologia. Malte e calcestruzzi. Leganti aerei e idraulici. Materie prime, produzione, caratteristiche dei prodotti ottenuti. Tipi di cemento, materie prime, produzione ed impianti, normativa UNI EN 197 (cemento Portland, cementi Portland di miscela, cemento d’altoforno, cemento pozzolanico, cemento composito). Proprietà allo stato fresco (reazioni di idratazione, calore di idratazione, lavorabilità struttura porosa, permeabilità) ed indurito (presa, indurimento, resistenza meccanica resistenza meccanica, permeabilità, ritiro, deformazione elastica e viscosa, fessurazioni). Acqua d’impasto, aggregati ed additivi. Stagionatura e messa in opera. Durabilità delle opere in c.a. e c.a.p.: classi di esposizione (UNI EN 206) e degrado (attacco solfatico, gelo-disgelo, acque pure, reazione alcali aggregati; corrosione delle armature carbonatazione e/o cloruri. Mix design funzione di lavorabilità, resistenza meccanica e durabilità. Cenni inerenti: resistenza al fuoco, prove non distruttive ed test colorimetrici, conglomerati speciali (calcestruzzi ad alte prestazioni (HPSC), autocompattanti (SCC), calcestruzzi alleggeriti, calcestruzzi proiettati spritz beton-shotcrete). Prove distruttive, non distruttive. Le prove meccaniche, resistenza caratteristica, prelievo del calcestruzzo e controlli. Materiali metallici. Produzione, materie prime, impianti siderurgici, proprietà meccaniche e meccanismi di rafforzamento. Diagramma di stato Ferro-Carbonio. Proprietà e caratteristiche principali dei materiali metallici relativi al campo delle costruzioni: acciai da costruzione, acciai per armature per c.a. e c.a.p., acciai inossidabili. Le ghise, classificazione e proprietà. Rame, alluminio, titanio e loro leghe. Corrosione e protezione negli ambienti naturali. Meccanica della frattura Legno. Produzione e classificazione delle essenze legnose. Struttura, anisotropia, densità, umidità, difetti, proprietà meccaniche e degrado. Prodotti del legno (lamellare, X-Lam, compensati, truciolati e MDF). Produzione del legname. Il degrado del legno, insetti xilofagi e funghi microscopici (caria del legno). Diagnostica. Prove distruttive, non distruttive e controlli. Materiali ceramici e vetri: laterizi, piastrelle, porcellane, grés, vetri comuni e di sicurezza. Materie prime, produzione, prodotti, proprietà e caratteristiche fisico-meccaniche. Materiali lapidei: proprietà e caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche. Ciclo delle rocce. Principali tipologia di pietre impiegate. Problematiche legate alla conservazione e degrado (cenni). Materiali polimerici e compositi. Proprietà e applicazioni dei polimeri utilizzati nel campo delle costruzioni. Fenomeni di degrado. Materiali polimerici per il ripristino. Materiali compositi a matrice polimerica (cenni). La combustione completa ed incompleta, i prodotti gassosi e solidi ottenuti. Il potere calorifico. Il petrolio, localizzazione, giacimenti, rischi, lavorazioni petrolchimiche e prodotti ottenuti. Classificazione dei combustibili solidi. Inquinamenti gassosi e solidi, distribuzione e trasporto. Particolato atmosferico e classificazione delle particelle. Abbattimento e solubilizzazione in atmosfera di gas e polveri. Prelievo e caratterizzazione. Le acque naturali, il ciclo delle acque, diagramma di stato, caratteristiche della pioggia e della neve, misura, raccolta e prelievo, fenomeni di carsismo, acque aggressive ed incrostanti. Principali parametri chimici, fisici e biologici. Acque minerali, caratteristiche e requisiti di legge. Potabilità, trasparenza, solidi sospesi. Acque reflue o di scarico, la normativa, inquinanti chimici, fisici e biologici. Impianti di trattamento delle acque, trattamenti primari, secondari e terziari.
Conoscenze di chimica
Lezioni frontali con utilizzo di power point, video dimostrativi on line, esercitazioni in aula ed in esterni. Tutto il materiale didattico utilizzato sarà disponibile agli studenti.
Modalità d'esame
L'esame consiste in una prova orale; possibili piccole applicazioni numeriche. Tutte le tipologie di esercizi delle prove d'esame saranno affrontate durante il corso.
Testi di riferimento
Testi consigliati: Materiali. Dalla Scienza alla Progettazione ingegneristica, M. Ashby et Al. Casa Editrice Ambrosiana. Tecnologia dei materiali; Scienza e Ingegneria dei materiali: una introduzione. W.D. Callister, D.G. Rethwisch Ed. EdiSES, Napoli Scienza e tecnologia dei materiali. W.F. Smith, McGraw-Hill Milano Elements of Materials Science and Engineering. L.H.Van Vlack, Addison-Wesley Scienza ed Ingegneria dei materiali. J.F. Shakelford, Ed. Pearson, Prentice Hall, Milano La scelta dei materiali nella progettazione industriale. Micheal F. Asby Casa Editrice Ambrosiana, Materiali e Design. L’Arte della scelta e selezione dei materiali per il progetto. Mike Ashby, Kara Johnson. Casa Editrice Ambrosiana.
Codice insegnamento 32624