Ingegneria Civile

1. Intro - Relazione tra struttura e proprietà dei materiali; Scienza dei materiali e tecnologia dei materiali; Classificazione dei materiali; Richiami sui legami chimici primari (ionico, covalente e metallico) e secondari; I diagrammi di Ashby & Jones. 2. Strutture cristalline e difetti - Solidi cristallini e solidi amorfi; Principali strutture cristalline nei materiali metallici (CCC, CFC e EC); Definizione e determinazione dei parametri cristallini (spigolo della cella unitaria, volume cella unitaria, numero di coordinazione, fattore di impacchettamento atomico); Calcolo della densità teorica; Punti, direzioni e piani cristallografici; Densità atomica lineare (geometrica ed effettiva) e planare; Polimorfismo; Solidi monocristallini e policristallini; Preparativa metallografica e determinazione della dimensione dei grani cristallini tramite metodo dell’intercetta e metodo ASTM; Difetti (puntuali, lineari, di superficie e di massa); Strutture cristalline e difetti nei materiali ceramici; Porosità e metodi sperimentali di determinazione. 3. Proprietà meccaniche - La prova di trazione; Cenni su prove di compressione, taglio e torsione; Definizione e calcolo di sforzo nominale e allungamento nominale; Descrizione del comportamento sforzo-deformazione; Campo elastico e legge di Hooke; Determinazione del modulo di Young; Il rapporto di Poisson e relazione tra deformazione laterale e longitudinale; Campo plastico, limite elastico e carico di snervamento; Determinazione del carico di snervamento; Relazione tra deformazione plastica e moto delle dislocazioni; Il fenomeno dello strain hardening (incrudimento); La frattura; Differenza tra frattura fragile e duttile; La duttilità; La resilienza; La tenacità; Metodi Charpy e Izod per la determinazione della tenacità all’intaglio; La temperatura di transizione duttile-fragile; Sforzo e deformazione reale; Durezza (Rockwell, Brinell, Knopp e Vickers); Relazione tra durezza e resistenza a rottura; Durezza Shore per i materiali polimerici; Anelasticità, comportamento viscoelastico e test di creep; Prove di flessione; Influenza della porosità sulle caratteristiche meccaniche di un materiale ceramico (modelli predittivi di Ryshkewitch). 4. Proprietà elettriche e termiche - Resistenza e resistività elettrica (I e II legge di Ohm); Conducibilità elettrica; Materiali isolanti, conduttori e semiconduttori; La resistività elettrica dei metalli (regola di Matthiessen); Resistività elettrica e diagnosi strutturali del calcestruzzo. Capacità termica e calore specifico; Espansione termica (lineare e volumetrica); Conducibilità termica; Contributo fononico ed elettronico alla conducibilità termica; Relazione tra conducibilità elettrica e termica (legge di Wiedemann-Franz); Tensioni termiche nei metalli; Shock termico dei materiali ceramici e TSR (parametro di resistenza allo shock termico); Materiali per l’isolamento termico; Classificazione dei materiali termoisolanti in base la loro natura e struttura; Parametri di termoisolamento (conducibilità, densità, porosità e calore specifico); Relazione tra conducibilità termica e porosità (Relazione di Collishaw e Evans); Isolamento termico ed edilizia: resistenza e trasmittanza termica; Legge di Ohm termica; Calcolo della resistenza termica delle murature (cappotto termico). 5. Proprietà acustiche - Introduzione all’acustica dei materiali: richiami di acustica generale, grandezze acustiche fondamentali (pressione sonora, intensità, potenza sonora, livello di pressione sonora); Interazione tra onde sonore e materiali: riflessione, assorbimento e trasmissione; Definizione e classificazione dei materiali acustici; Materiali fonoassorbenti: principi di funzionamento dei materiali porosi, fibrosi e schiumosi; Influenza della struttura (porosità, tortuosità, resistenza al flusso) sulle proprietà di assorbimento; Applicazioni tipiche in edilizia e ingegneria civile; Materiali fonoisolanti: meccanismi di trasmissione del suono attraverso solidi e strutture; Legge di massa e concetto di frequenza critica; Metodi di caratterizzazione acustica dei materiali: misura dell’assorbimento e dell’isolamento acustico in tubo di impedenza; Tempo di riverbero: definizione e relazioni con l’assorbimento acustico totale; Applicazioni del tempo di riverbero nell’implementazione di materiali acustici in ambienti chiusi. 6. Proprietà di durabilità e cenni alla corrosione - Introduzione ai fenomeni di degradazione dei materiali metallici dovuti a reazioni chimiche ed elettrochimiche con l’ambiente circostante; Descrizione dei principali meccanismi corrosivi, tra cui corrosione uniforme, localizzata, inter-granulare e da pitting; Analisi dei fattori che influenzano la corrosione, come la composizione chimica del materiale, la microstruttura, la presenza di agenti aggressivi (acqua, ossigeno, ioni cloruro, sostanze acide) e le condizioni ambientali; Panoramica sui principali metodi di prevenzione e controllo della corrosione, includendo rivestimenti protettivi, materiali resistenti, trattamenti superficiali e l’impiego di inibitori chimici; Importanza della comprensione dei meccanismi corrosivi per la progettazione di strutture durature e sicure in ambienti aggressivi. 7. Materiali metallici - Diagrammi di fase; Concetti di fase, limite di solubilità ed equilibrio; Diagramma di fase Rame-Nichel; Metodo della linea coniugata; Metodo della leva; Diagramma di fase Rame-Argento; La definizione di punto eutettico; Diagramma di fase Ferro-Carbonio; Le fasi principali del sistema Fe-C (austenite, ferrite, perlite e cementite); Influenza dei trattamenti termici sulla microstruttura; Confronto tra perlite, bainite, sferoidite e martensite; Classificazione delle leghe metalliche (ferrose e non ferrose); Gli acciai: designazione EN e AISI/SAE; Gli acciai a basso, medio ed alto tenore di Carbonio; Gli acciai inox; La ghisa; Le leghe non ferrose: leghe di Rame, leghe di Alluminio, leghe di Titanio e le superleghe; Il concetto resistenza specifica nelle leghe non ferrose; Tecniche di lavorazione dei materiali metallici: tecniche di formatura, tecniche di fusione, metallurgia delle polveri e saldatura; Trattamenti termici dei metalli: ricottura, tempra e indurimento per precipitazione. 8. Leganti, malte e calcestruzzo - Leganti aerei e idraulici; Il gesso: reazioni di idratazione, caratteristiche e applicazioni; La calce aerea: reazioni di idratazione, caratteristiche e applicazioni; Il cemento: produzione del clinker, componenti del clinker e impatto ambientale; Le aggiunte minerali reattive: fly ash, loppa d’altoforno e fumo di silice; Tipologie principali di cemento e classificazione UNI EN; Reazioni di idratazione del cemento, prodotti di idratazione e microstruttura; Effetto delle aggiunte minerali reattive sull’idratazione del cemento (reazioni pozzolaniche); Valutazione dell’attività pozzolanica tramite analisi termogravimetrica; Porosità del cemento allo stato indurito; Differenza tra malte e calcestruzzi; Aggregati: tipologie e caratteristiche influenzanti la qualità e proprietà del manufatto cementizio (dimensione, granulometria, livello di umidità, porosità e pulizia); Acqua di impasto e additivi; Proprietà di malte e calcestruzzi: mix design, proprietà allo stato fresco (lavorabilità e messa in opera) e proprietà allo stato indurito (resistenza meccanica e durabilità); Slump test con cono di Abrams per la lavorabilità degli impasti; Messa in opera: influenza della vibrazione dell’impasto e della stagionatura; Il ritiro del calcestruzzo (plastico e igrometrico); La resistenza a compressione del calcestruzzo: relazione tra resistenza media e resistenza caratteristica; Modalità di rottura a compressione del calcestruzzo; Curva sforzo-deformazione; Durabilità del calcestruzzo: cicli di gelo-disgelo, incendio, attacco solfatico, attacco da cloruri e carbonatazione; Cenni sul test con fenolftaleina. 9. Materiali e processi innovativi per l’ingegneria civile - Conglomerati cementizi fibrorinforzati: Differenze tra malte e calcestruzzi fibrorinforzati; tipologie di fibre; Proprietà meccaniche e compatibilità; Comportamento post-fessurazione (crack-bridging); Durabilità; Applicazioni e casi-studio. Stampa 3D del calcestruzzo: Principi e tecnologie della stampa 3D del calcestruzzo; Materiali e miscele a reologia controllata, additivi e fibre; Parametri di processo e comportamento allo stato fresco: estrudibilità, edificabilità, tempi di presa e adesione tra strati; Proprietà allo stato indurito: anisotropia meccanica e influenza della direzione di stampa; Sistemi e tecnologie di stampa; Modellazione digitale e strategie di deposizione; Applicazioni strutturali e architettoniche; aspetti normativi, controllo qualità e prospettive di sviluppo del settore. Materiali ad attivazione alcalina: Principi e classificazione dei materiali ad attivazione alcalina e dei geopolimeri; Materie prime e sottoprodotti industriali utilizzabili (ceneri volanti, scorie d’altoforno, metacaolino); Meccanismi di attivazione e reazioni alcaline; Composizione delle miscele e parametri di processo; Proprietà allo stato fresco: lavorabilità, tempo di presa, sviluppo di calore; Proprietà allo stato indurito: resistenza meccanica, durabilità e comportamento a temperatura elevata; Aspetti ambientali e di sostenibilità, riduzione delle emissioni di CO₂ e valorizzazione dei rifiuti industriali; Applicazioni strutturali e non strutturali; Normative di riferimento e prospettive di sviluppo tecnologico.

Lo studente deve possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base in Analisi Matematica, Chimica e Fisica

- W.D. Callister - Materiali per l'Ingegneria Civile ed Industriale (2nd. ed.) - EdiSES, 2023 - L. Bertolini & M. Carsana - Materiali da costruzione, vol.1 (3nd. ed.) CittàStudi, 2018 - Dispense e materiale didattico fornito dal docente

Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata

L’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di preparazione dello studente sui contenuti trattati durante il corso e si articola in una prova scritta e una prova orale. La prova scritta (2 ore) consiste in tre quesiti comprendenti esercizi di tipo numerico. Per essere ammessi alla prova orale è necessario conseguire almeno la valutazione minima di 18/30 nella prova scritta. La prova orale è finalizzata ad accertare la comprensione e la padronanza degli argomenti teorici e applicativi affrontati nel corso.

Il corso prevede un totale di 60 ore di attività didattica (corrispondenti a 6 CFU), articolate come segue: - Lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso; - Esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi.; - Presentazioni multimediali, a supporto dell’apprendimento e dell’approfondimento dei contenuti trattati; - Esercitazioni pratiche di laboratorio, volte ad approfondire sperimentalmente i concetti teorici affrontati durante le lezioni. Le attività di laboratorio si svolgeranno presso i laboratori “IMS – Ingegneria dei Materiali e delle Superfici” di Roma e i laboratori di “Materiali Polimerici e Compositi” e “Analisi Termica” di Latina, afferenti al Dipartimento di Ingegneria Chimica, Materiali e Ambiente. Le esercitazioni saranno organizzate in base alle esigenze didattiche e logistiche del corso.