La didattica della Tecnica delle Costruzioni. Relazione introduttiva.

I sessione – La didattica
della Tecnica delle Costruzioni
Relazione introduttiva
Franco Bontempi
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale
Università degli Studi di Roma La Sapienza
ASSEMBLEA
della Tecnica delle Costruzioni
30 Ottobre 2019

30 ottobre 2019 2franco.bontempi@uniroma1.it

Academics

Declaratoria / Declaratory
• Il settore della Tecnica delle Costruzioni si interessa dell’attività
scientifica e didattico-formativa inerente teorie e tecniche rivolte sia
alla concezione strutturale ed al progetto di nuove costruzioni, sia alla
verifica ed alla riabilitazione strutturale di quelle esistenti.
• Tecnica delle Costruzioni is concerned with the scientific and didactic-
learning activities inherent in theories and techniques directed at
both the structural conception and the design of new constructions,
as well as the structural verification and rehabilitation of existing
ones.

• I contenuti scientifico-disciplinari riguardano:
- le azioni sulle costruzioni, compreso l’effetto dell’azione sismica,
- il comportamento delle strutture in funzione della tipologia e della
morfologia, dei materiali, delle tecniche e delle tecnologie, dell’interazione
col terreno e con l'ambiente, dei modi e delle strategie d'uso e di controllo;
- metodi e strumenti per la progettazione strutturale, la realizzazione e la
gestione di strutture;
- valutazioni di vulnerabilità, affidabilità, comfort, sicurezza e durabilità;
- sperimentazione, collaudo e monitoraggio delle costruzioni;
- indagini storiche sul costruire, verifiche di sicurezza e soluzioni d'intervento
strutturale applicabili all’edilizia storica ed ai monumenti;
- architettura strutturale.

1. La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale:
è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi, strumenti,
sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti,
elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da una solida e ampia base
culturale.
2. Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una
costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente un percorso
decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
3. L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e
quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e sicurezza: la
corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
4. Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte
essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
5. L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire
una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e complessivi,
predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali
supportata da una coerente scelta dei materiali, aiutare ad individuare le possibili
situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
Statement

PARTE I: quali sono i presupposti
della tecnica delle costruzioni

• La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione
strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi,
strumenti, sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata
di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da
una solida e ampia base culturale.
• Tecnica delle Costruzioni deals with structural design and design: it is a
discipline of synthesis - in which ideas, theories, methods, tools,
experimentation and empirical principles come together - leading to the
choice of schemes, elements and components, structural materials, starting
from a solid and broad cultural base.
Statement #1

30 ottobre 2019 11
Progettazione come sintesi
franco.bontempi@uniroma1.it

Design method
Problem solving

Constructive attitude
Knowledge of the design
method, how it is done or to
know things, is a liberating value:
it is a "do-it-yourself" yourself.

• L’ergonomia è la disciplina che si occupa dell’interazione tra un
sistema e lo scopo per il quale è progettato, e si propone di
migliorarne la funzionalità rispetto al suo utente.
• Human factors and ergonomics (commonly referred to as HF&E), also
known as comfort design, functional design, and systems, is the
practice of designing products, systems, or processes to take proper
account of the interaction between them and the people who use
them.
Ergonomia
Ergonomics

Aspetti cognitivi
Cognitive aspects

Fundamentals

• «Ma un numero di regole eccessivo comporta vari degli inconvenienti dianzi
citati e in particolare:
- l'impoverimento dell'autonomia e della creatività, in quanto l'opera del
progettista è irretita dalle norme;
- la difficoltà di discernere ciò che veramente conta;
- la sensazione di avere, al riparo delle norme, responsabilità assai alleviate;
- la difficoltà non infrequente di rendersi conto dei ragionamenti che
giustificano certe regole, rischiando di considerare queste alla stregua di
algoritmi, ossia di schemi operativi che, una volta appresi, il pensiero non è
più chiamato a giustificare.»
- Proliferazione delle normative e tecnicismo. Ultima lezione ufficiale del corso di Tecnica delle costruzioni
tenuta dal prof. Piero Pozzati nell'a.a. 1991-'92, presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università di Bologna (3
giugno 1992).
Eccesso di Norme Tecniche

• Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di
una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente
un percorso decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
• The structural design involves a holistic view of the entire lifecycle of a
construction and the environment in which it is immersed, necessarily
envisaging a decision-making path characterized by assuming responsibility.
Statement #2

30 ottobre 2019 28
Progettazione come sintesi

HAZARD
IN-DEPTH
DEFENCE
HOLES DUE TO
ACTIVE ERRORS
HOLES DUE TO
HIDDEN ERRORS
[0] DESIGN CLIMA
[1] CONCEPTUAL DESIGN
[2] DRAWINGS
[3] CALCULATION
[4] MATERIALS/COMPONENTS
[5] CONSTRUCTION
[6] USE
[7] ACCIDENTS / EXCEPTIONS
[8] MAINTENANCE
[9] MONITORING
33
Failure Path (Reason)
30 ottobre 2019 franco.bontempi@uniroma1.it

• L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente
e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e
sicurezza: la corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è
essenziale a tal fine.
• Structural analysis is the prerequisite for understanding and exploring
qualitative and quantitatively structural behavior in terms of performance
and safety: a proper understanding of the relationship between model and
reality is essential for this purpose.
Statement #3

1983

START
END
MODIFICA
K=K+1
K=0
DATI
K
CALCOLO
RISULTATI
K
TEST
SI’ NO
ANALYSIS
SYNTHESIS
Analysis vs Synthesis
Synthesis is the combining of the
constituent elements of separate
material or abstract entities into a
single or unified entity (opposed to
analysis as the separating of any
material or abstract entity into its
constituent elements).

38

SS0a
PRESCRIBED
DESIGN
PARAMETERS
SS0b
ESTIMATED
DESIGN
PARAMETERS
SS1
initiation and
development
of fire and
fire efluent
SS2
movement of
fire effluent
SS3
structural response
and fire spread
beyond enclosure
of origin
SS4
detection,
activitation and
suppression
SS5
life safety:
occupant behavior,
location and
condition
SS6
property
loss
SS7
business
interruption
SS8
contamination
of
environment
SS9
destruction
of
heritage
(0)
DESIGN
CONSTRAINTS
AND
POSSIBILITIES
(1+2)
ACTION
DEFINITION
AND
DEVELOPMENT
(3+4)
SYSTEM
PASSIVE
AND ACTIVE
RESPONSE
BUSOFINFORMATION
RESULTS
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SAFETY&PERFORMANCE
Fire Safety Engineering30 ottobre 2019 42franco.bontempi@uniroma1.it

• Ma, oltre a queste osservazioni, mi sembra opportuno concludere osservando in via
generale che, relativamente ai metodi di calcolo e alle normative, si debba evitare di
dar loro importanza eccessiva, per non mettere in ombra la progettazione vera e
propria.
• La quale ha nel calcolo soltanto una delle sue fasi, seppure fondamentale, mentre
trova in altre questioni aspetti altrettanto qualificanti: intendo soprattutto la
concezione generale delle strutture; l’armonica distribuzione delle masse; i particolari
costruttivi; l’analisi dei problemi esecutivi e dei costi; l’esame critico del
comportamento generale della costruzione comprendente anche, e non
secondariamente, la presenza di elementi non strutturali e della parte del terreno
coinvolta dalla struttura.
• Fatti, questi, che debbono entrare nel vivo del processo progettuale, divenendo una
forza unica e ogni volta diversa. Fatti che non possono essere unitariamente colti da
elaborazioni numeriche e computers come invece può riuscire a fare la mente umana
con gli insostituibili ausili, peculiari soltanto ad essa, dell’intuizione, dell’inventiva,
della fantasia, della creatività.
- IL CONVENZIONALISMO NEL CALCOLO STRUTTURALE SISMICO – P. Pozzati 5 marzo 2004

• Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è
fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
• The study of real construction cases, particularly in cases of failures, is an
essential source of increased knowledge of the discipline.
Statement #4

UsualULS&SLS
VerificationFormat
Structural Robustness
Assessment
1st level:
Material
Point
2nd level:
Element
Section
3rd level:
Structural
Element
4th level:
Structural
System
Level of Structural Failures

Bad vs Good Collapse
STRUCTURE
& LOADS
Collapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
“EXPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
is a process in which
objects are destroyed by
collapsing on themselves
is a process
NOT CONFINED
SWAY

http://territorio.regione.emilia-romagna.it/codice-territorio/sismica/dossier-sentenze-
della-causa-penale-conseguente-al-crollo-delledificio-scolastico-jovine-di-san-giuliano-di-
puglia30 ottobre 2019 56franco.bontempi@uniroma1.it

FORWARD
ANALYSIS
BACK
ANALYSIS

PARTE II: insegnare la
tecnica delle costruzioni

• L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali,
favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e
complessivi, predisporre a una fondata organizzazione della disposizione
delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali,
aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può
trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
• The teaching of the discipline must start from the general mechanical
principles, promote a good understanding of the elementary and overall
structural behaviors, prepare for a well-structured arrangement of the
various structural parts supported by a coherent choice of materials, help to
identify the possible situations where a construction can be in terms of
actions and configurations.
Statement #5

Motivation
0

1. Spazialità
2. Sistema Strutturale
3. Percorso dei carichi
4. Regolarità vs. singolarità
5. Meccanismi strutturali elementari
6. Capacità di generalizzare
7. Capacità di rappresentare
8. Competenza linguistica
30 ottobre 2019 65
Concetti

Spazialita’
Spatiality
1

Structural System
2

Sistema
Strutturale
Structural
System

76
Raccolta/Collection Trasmissione/Transfer Stabilizzazione/Bracing30 ottobre 2019 76franco.bontempi@uniroma1.it

• Micro-level:
local size of the sections, i.e. thickness, area, inertia, …
(Detailed Geometry)
• Meso-level:
form of the structural element or structural part (substructure), i.e.
main longitudinal axis, curvature, profile, …
(Global Geometry)
• Macro-level:
connections of the different structural parts
(Load Path)
Structure Essential

Micro-level:
local size of the sections,
i.e. thickness, area,
inertia, … (Detailed
Geometry)
Meso-level:
form of the structural
element or structural part
(substructure), i.e. main
longitudinal axis, curvature,
profile, … (Global Geometry)
Macro-level:
connections of the
different structural
parts (Load Path)
Optimization Levels

Load Path: the flow of loads
3

Load Path: knowledge

30 ottobre 2019 83
Percorso dei carichi

A
B
C
D E
F
G
H
B - and D - Regions
4

Linee di singolarità

Idee per migliorare il comportamento

Bernoulli-Navier Beam Model
5

Drucker Beam Model

Timoshenko Beam Model

Ritter-Morsch Truss Model

Stringer-Panel Model

http://users.telenet.be/karel.roose/vierendeel/hasselt/info.html
Capacità di generalizzare
6

N.B.: telaio shear-type

N.B.: unioni bullonate a taglio
Riconoscimento delle analogie

Fenomeni di aderenza/scorrimento

Approccio costruttivo alla modellazione

SdC TdC 1 TdC 2
Materiale elastico-lineare Materiale elasto-plastico Materiale non lineare
Simmetrico
(trazione-compressione)
Sì (instabilità) No!
Omogeneo Insomma (laminazione) No: presenza armatura - composito
Isotropo Insomma (laminazione) No: presenza armature – linee di
forza
Meccanica del continuo Sì No: fessurazione - parzializzazione
Perfetto Imperfetto Molto imperfetto
Ideale Reale - convenzionale Reale - convenzionale
Deterministico Aleatorio Molto aleatorio
Adimensionale Dimensionale Dimensionale
Senza origine Fabbricazione – costruibilità Fabbricazione – costruibilità
Definito Approssimazioni Interpretazioni
Progressiva complessità dei materiali

Fundamentals

Capacità di rappresentazione grafica
7

30 ottobre 2019 107
8
Competenza linguistica

30 ottobre 2019 108
didattica
consulenzaricerca
Studiare
Spiegare
Applicare
Risolvere
Inventare
Scoprire

1. La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione strutturale:
è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi, strumenti,
sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata di schemi portanti,
elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da una solida e ampia base
culturale.
2. Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di una
costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente un percorso
decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
3. L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente e
quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e sicurezza: la
corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è essenziale a tal fine.
4. Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è fonte
essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
5. L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali, favorire
una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e complessivi,
predisporre a una fondata organizzazione della disposizione delle varie parti strutturali
supportata da una coerente scelta dei materiali, aiutare ad individuare le possibili
situazioni in cui una costruzione può trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
Statement

• La Tecnica delle Costruzioni si occupa della concezione e della progettazione
strutturale: è una disciplina di sintesi - in cui confluiscono idee, teorie, metodi,
strumenti, sperimentazione e principi empirici – che porta alla scelta oculata
di schemi portanti, elementi e componenti, materiali strutturali, partendo da
una solida e ampia base culturale.
• Tecnica delle Costruzioni deals with structural design and design: it is a
discipline of synthesis - in which ideas, theories, methods, tools,
experimentation and empirical principles come together - leading to the
choice of schemes, elements and components, structural materials, starting
from a solid and broad cultural base.
Statement #1

• Il progetto strutturale riguarda con una visione olistica tutto il ciclo di vita di
una costruzione e l’ambiente in cui è immersa, prevedendo necessariamente
un percorso decisionale caratterizzato da assunzione di responsabilità.
• The structural design involves a holistic view of the entire lifecycle of a
construction and the environment in which it is immersed, necessarily
envisaging a decision-making path characterized by assuming responsibility.
Statement #2

• L’analisi strutturale è il presupposto per capire ed esplorare qualitativamente
e quantitativamente il comportamento strutturale in termini di prestazioni e
sicurezza: la corretta comprensione della relazione fra modello e realtà è
essenziale a tal fine.
• Structural analysis is the prerequisite for understanding and exploring
qualitative and quantitatively structural behavior in terms of performance
and safety: a proper understanding of the relationship between model and
reality is essential for this purpose.
Statement #3

• Lo studio di casi reali di costruzioni, in particolare nei casi di fallimento, è
fonte essenziale di aumento di conoscenza della disciplina.
• The study of real construction cases, particularly in cases of failures, is an
essential source of increased knowledge of the discipline.
Statement #4

• L’insegnamento della disciplina deve partire dai principi meccanici generali,
favorire una valida comprensione dei comportamenti strutturali elementari e
complessivi, predisporre a una fondata organizzazione della disposizione
delle varie parti strutturali supportata da una coerente scelta dei materiali,
aiutare ad individuare le possibili situazioni in cui una costruzione può
trovarsi in termini di azioni e configurazioni.
• The teaching of the discipline must start from the general mechanical
principles, promote a good understanding of the elementary and overall
structural behaviors, prepare for a well-structured arrangement of the
various structural parts supported by a coherent choice of materials, help to
identify the possible situations where a construction can be in terms of
actions and configurations.
Statement #5

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