Esculapio

In questo volume sono raccolte le lezioni di Scienza delle Costruzioni da me svolte presso l'Università di Bologna nell'anno accademico 1970-71. Il testo può ritenersi essenzialmente suddiviso in quattro parti. La prima parte, svolta nel capitolo 1, ha carattere introduttivo e tratta sostanzialmente i problemi elementari dell'equilibrio dei sistemi di travi riguardati come corpi rigidi. Chiariti tali concetti preliminari, la seconda parte, svolta nei capitoli 2, 3, 4, tratta le questioni basilari dell'analisi dei mezzi deformabili che costituiscono la premessa indispensabile per una impostazione razionale dei problemi della Scienza delle Costruzioni. Il capitolo 2 è dedicato infatti all'analisi delle proprietà fondamentali dello stato di tensione in un mezzo continuo, il capitolo 3 all'analisi della deformazione ed il capitolo 4 al principio dei lavori virtuali che collega e compendia in sè i due aspetti duali precedentemente esaminati dell'equilibrio e della congruenza. Su tali basi, valide in generale per un qualunque mezzo continuo deformabile, la trattazione si rivolge poi all'aspetto particolare dei mezzi elastici lineari. La parte terza, comprensiva dei capitoli 5e 6, introduce infatti nel primo di tali capitoli i concetti fondamentali della teoria dei corpi elastici mentre nel secondo nemette a fuoco le limitazioni attraverso il confronto con i risultati sperimentali sui materiali di impiego più comune. Si perviene così alla formulazione dei criteri di sicurezza cui è necessario attenersi se si vuole mantenere come ipotesi di lavoro quella dell'elasticità lineare del materiale costituente il corpo. Acquisiti tali mezzi la parte quarta, suddivisa nei capitoli 7, 8, 9, 10, Il, rivolge essenzialmente la sua attenzione al problema della definizione dello stato di sforzo e di deformazione nelle travi e nei sistemi di travi in regime elastico lineare. Il capitolo 7 è infatti dedicato alla formulazione di base di taleproblema, dovuta al Saint Venant, che fornisce la premessa indispensabile su cui si fonda tutta la teoria delle travi intese come corpi snelli dotati di deformabilità elastica. A tale capitolo fanno seguito i capitoli 8, 9, 10, in cui i risultati di tale formulazione vengono applicati in concreto alla definizione dello stato di sforzo e di deformazione nei sistemi di travi staticamente determinati ed indeterminati. Chiude il volume il capitolo 11 che può considerarsi soltanto come una premessa elementare al complesso problema della stabilità dell'equilibrio elastico il cui rilievo è di vitale importanza nelle costruzioni snelle per la valutazione del coefficiente di sicurezza.

Le strutture isostatiche sono sistemi strutturali che presentano un numero di reazioni vincolari uguale al numero di equazioni di equilibrio statico. Ciò significa che tutte le componenti strutturali e le connessioni sono progettate in modo tale da impedire il movimento della struttura sotto l'azione dei carichi esterni. Le strutture isostatiche sono completamente stabili e determinate, il che significa che le reazioni vincolari e le forze interne possono essere calcolate in modo univoco utilizzando le equazioni dell'equilibrio statico. Alcuni esempi comuni di strutture isostatiche includono: Travi semplici: Una trave sostenuta da punti di appoggio a entrambe le estremità è un esempio di struttura isostatica. Le reazioni vincolari possono essere calcolate utilizzando l'equilibrio delle forze e dei momenti. Telai piano: Un telaio piano composto da elementi rettilinei congiunti da giunti rigidi è un esempio di struttura isostatica. Le reazioni vincolari possono essere determinate utilizzando le equazioni di equilibrio statico e le condizioni di compatibilità. Grondaie: Una grondaia sospesa da supporti ai lati è un esempio di struttura isostatica. Le reazioni vincolari possono essere calcolate considerando il peso della grondaia e gli eventuali carichi applicati su di essa. Archi: Un arco sostenuto da appoggi può essere considerato una struttura isostatica. Le reazioni vincolari possono essere determinate utilizzando le equazioni di equilibrio statico e le condizioni di compatibilità delle deformazioni.È importante notare che le strutture isostatiche rappresentano solo un caso ideale, in cui tutte le connessioni sono rigide e non si verificano deformazioni. Nella pratica, molte strutture reali sono più complesse e possono richiedere l'analisi di strutture iperstatiche o l'uso di metodi di analisi strutturale avanzati per tener conto delle deformazioni e delle connessioni flessibili.

La dinamica delle strutture è una branca dell'ingegneria strutturale che si occupa dello studio del comportamento delle strutture sotto l'azione di carichi dinamici, come ad esempio le vibrazioni o le oscillazioni causate da terremoti, vento, traffico veicolare o altri eventi transitori. L'obiettivo principale della dinamica delle strutture è quello di analizzare e prevedere il comportamento delle strutture sotto carichi dinamici al fine di garantire la loro sicurezza e stabilità. Questo campo di studio è particolarmente importante per le strutture ad alta sensibilità alle vibrazioni, come i grattacieli, i ponti sospesi, le torri delle telecomunicazioni, le pale delle turbine eoliche e gli edifici con funzioni speciali come i laboratori scientifici o gli ospedali. La dinamica delle strutture si basa su principi fisici, matematici e computazionali per modellare e analizzare il comportamento dinamico delle strutture. Vengono utilizzate diverse tecniche, tra cui l'analisi modale, l'analisi del risposta in frequenza, l'analisi del tempo storico e l'analisi modale probabilistica. Durante l'analisi dinamica delle strutture, vengono determinati i modi di vibrazione, le frequenze naturali, gli spettri di risposta, gli sforzi dinamici e le deformazioni. Questi risultati consentono di valutare il comportamento strutturale, identificare le aree critiche soggette a stress eccessivi o rischio di cedimento, nonché progettare misure di mitigazione delle vibrazioni, come l'uso di ammortizzatori o smorzatori. La dinamica delle strutture è fondamentale per garantire la sicurezza delle strutture in presenza di carichi dinamici. Inoltre, è utilizzata per la progettazione di sistemi di isolamento sismico, la valutazione della risposta strutturale agli eventi sismici e la valutazione delle vibrazioni indotte dall'uomo.

L'analisi non lineare delle strutture è una metodologia utilizzata per valutare il comportamento delle strutture sotto carichi che provocano deformazioni significative o comportamenti non lineari dei materiali. Mentre l'analisi lineare assume che le deformazioni siano proporzionali agli sforzi applicati e che il materiale sia completamente elastico, l'analisi non lineare tiene conto di effetti quali il comportamento plastico dei materiali, il rigetto, le grandi deformazioni e le variazioni di rigidità. L'analisi non lineare delle strutture può essere condotta utilizzando metodi numerici avanzati come l'analisi agli elementi finiti (FEA) o l'analisi agli elementi discreti (DEA). Questi metodi consentono di suddividere la struttura in elementi più piccoli per modellare il suo comportamento complesso in modo più accurato. L'analisi non lineare delle strutture è particolarmente importante quando si progettano strutture soggette a carichi estremi o quando si desidera valutare il comportamento di strutture esistenti in situazioni di non linearità. Tuttavia, richiede competenze specializzate e può richiedere un notevole sforzo computazionale, specialmente per modelli dettagliati o complessi.

La meccanica computazionale, anche conosciuta come analisi numerica o simulazione numerica, è una disciplina che combina la teoria meccanica con l'uso di algoritmi e tecniche computazionali per risolvere problemi ingegneristici complessi. Utilizza metodi matematici e algoritmi per approssimare soluzioni a problemi di ingegneria che coinvolgono il comportamento dei materiali, la deformazione strutturale, il flusso dei fluidi, il trasferimento di calore e altre fenomenologie fisiche. La meccanica computazionale utilizza principalmente metodi numerici per risolvere le equazioni differenziali parziali che descrivono il comportamento dei sistemi fisici. Questi metodi comprendono l'elemento finito, il metodo dei volumi finiti, il metodo delle differenze finite e altri. Attraverso la discretizzazione dello spazio e del tempo, i problemi complessi possono essere suddivisi in problemi più semplici che possono essere risolti utilizzando calcolatori ad alte prestazioni. L'applicazione della meccanica computazionale è ampia e copre molti settori dell'ingegneria, come l'aerospaziale, l'automobilistico, il civile, il meccanico, l'elettrico e l'energetico. Attraverso la simulazione numerica, è possibile analizzare il comportamento dei sistemi ingegneristici sotto differenti condizioni operative, ottimizzare il design dei componenti, valutare la sicurezza strutturale, prevedere la durata dei materiali e molto altro. Inoltre, la meccanica computazionale ha un ruolo importante nella ricerca scientifica, poiché permette di studiare fenomeni complessi che non possono essere facilmente analizzati tramite metodi tradizionali. Ad esempio, nella meccanica dei fluidi computazionale, si simulano i flussi di fluidi attraverso geometrie complesse, consentendo di studiare l'aerodinamica degli aerei, la dinamica dei fluidi in sistemi di tubazioni e molto altro.

La Scienza delle Costruzioni 2 è un ramo dell'ingegneria civile che si occupa dell'analisi dei comportamenti strutturali avanzati e complessi delle costruzioni. È una continuazione del corso di Scienza delle Costruzioni 1, che fornisce le basi teoriche e i principi fondamentali per l'analisi delle strutture. In Scienza delle Costruzioni 2, si studiano principalmente le strutture più complesse, come ponti, grattacieli, cupole, strutture reticolari, e così via. L'obiettivo principale è comprendere il comportamento strutturale di queste costruzioni e analizzarne la stabilità, la resistenza, la flessibilità e la sicurezza sotto carichi statici e dinamici. Durante il corso, vengono approfonditi argomenti come la teoria dell'elasticità, l'analisi delle travi continue, la teoria delle piastre e delle gusci, la teoria delle travi reticolari e la teoria dei sistemi strutturali. Vengono anche introdotte metodologie di calcolo più avanzate, come i metodi degli elementi finiti, che consentono di analizzare comportamenti strutturali complessi in modo numerico. Lo studio della Scienza delle Costruzioni 2 è fondamentale per gli ingegneri civili, poiché fornisce le competenze necessarie per progettare e analizzare strutture complesse in modo sicuro ed efficiente. Gli ingegneri che si specializzano in questo settore possono lavorare nella progettazione di grandi infrastrutture, nella costruzione di edifici ad alta quota o nella progettazione di strutture speciali, come stadi o ponti sospesi. È importante sottolineare che la Scienza delle Costruzioni 2 richiede una solida base di conoscenze di matematica, fisica e meccanica delle strutture, così come una buona comprensione dei principi fondamentali della Scienza delle Costruzioni 1.

Il presente Manuale vuole essere una solida guida pratica per chi intende trasformare la propria azienda, sposando il sistema di miglioramento proposto dal WCM. Verranno spiegati i fondamentali teorici del WCM, la struttura organizzativa per il cambiamento, gli strumenti pratici per il miglioramento continuo, le modalità di applicazione e verranno presentati alcuni esempi pratici per facilitare l'implementazione. Sarà necessario partire consolidando la conoscenza della filosofia Lean e del Toyota Production System, perché il WCM trae origini e spunto proprio da questo approccio al miglioramento continuo, per poi concentrare l'attenzione sul modello di Operational Excellence proposto. Il libro è strutturato secondo uno schema progressivo, per permettere anche al lettore neofita dell'argomento di metabolizzare la conoscenza, grazie all'introduzione progressiva dei concetti: Il primo capitolo riguarda la storia ed i principi della Lean Manufacturing o Produzione Snella. Il WCM è un metodo figlio di questo approccio, il percorso verso l'eccellenza deve partire dalla solida conoscenza delle radici del metodo; Il secondo capitolo tratta il modello operativo del WCM per lo sviluppo aziendale, inquadrando in maniera complessiva la metodologia e la struttura organizzativa che ne sostiene l'evoluzione; Il terzo capitolo si concentra sui 10 pilastri (pillar) manageriali, che costituiscono il cuore della trasformazione valoriale alla base del cambiamento operativo verso l'eccellenza. Ignorare i pillar manageriali significa implementare estemporaneamente strumenti che non potranno sopravvivere nel tempo e rimanere strutturali in azienda, perché mancheranno le radici culturali e valoriali del WCM; Il quarto capitolo introduce i 10 pilastri (pillar) tecnici, cuore operativo del WCM ed elementi portanti della pratica del miglioramento. I 10 pillar individuano 10 aree, all'interno delle attività e dei processi produttivi, nelle quali affrontare il miglioramento in maniera indipendente, seguendo un disegno complessivo di governance coerente con il progresso aziendale; Il quinto capitolo fornisce gli elementi organizzativi di base e l'architettura fondante del cambiamento secondo il WCM: l'organizzazione e la gestione per pillar, l'utilizzo di diversi Kaizen per il miglioramento; Il sesto capitolo suggerisce un potenziale percorso di trasformazione aziendale secondo il WCM, un cammino progressivo verso l'Eccellenza Operativa. Questo capitolo ha lo scopo di aiutare le aziende ad introdurre il WCM secondo un approccio progressivo e scientifico, che ha già dimostrato di essere efficace. Non si tratta dell'unico sistema possibile, ma riteniamo sia quello che sfrutta al meglio le sinergie fra pillar, crescita culturale, conoscenza tecnica e consolida- mento dei risultati; L'ultimo capitolo, il settimo, è dedicato alla descrizione dettagliata degli strumenti pratici e metodologici necessari nell'applicazione efficace del WCM. Questo capitolo racchiude la parte più squisitamente operativa, ed è stato impostato per essere una guida all'utilizzo di ogni strumento descritto, oltre che un utile memory jogger per richiamare velocemente gli elementi chiave di concetti noti.

Lo studio dell'opera di Augusto Righi, l'accesso diretto a importanti fonti originali, l'ampia presa di visione della bibliografia esistente hanno consentito la realizzazione di una prima, vera, ampia biografia di questo straordinario personaggio. Fisico, matematico, ingegnere, filosofo della scienza, grande didatta, conferenziere sperimentale straordinario a Righi sono dovuti studi, ricerche, scoperte, realizzazioni, anticipazioni scientifiche e tecniche che fanno di lui uno dei maggiori scienziati della fisica del suo tempo. Senatore del Regno fu pluripremiato a livello nazionale ed internazionale, fece parte di importanti Commissioni, e a lui furono affidati compiti pubblici di altissima responsabilità. Fu uno dei fondatori della Teoria ionica ed elettronica della struttura della materia. A lui, e ad Hertz, si deve la conferma sperimentale della Teoria elettromagnetica della luce di Maxwell. Ora il suo nome è ricordato per essere stato un ispiratore del grande Guglielmo Marconi, che impiegò, nei suoi primi esperimenti di telegrafia senza fili, proprio l'oscillatore a tre scintille di Righi, ma i suoi meriti vanno al di là di questa importantissima collaborazione. A lui si devono l'impiego spettacolare e originale dei microfoni e altoparlanti per trasmettere voci e suoni a distanza, open air (in telegrafia tradizionale a fili); l'invenzione di un primo sistema di riproduzione fotostatica; l'anticipazione dell'Effetto Zeeman; l'elaborazione sin dal 1907 di un modello atomico nucleare, la costruzione dell'elettrometro ad induzione, che anticipò l'acceleratore di Van de Graaff; l'apertura dei settori della fisica dello stato solido, dei plasmi e delle microonde; notevoli i suoi contributi alla fisica matematica, tra cui la sua risoluzione generalizzata delle equazioni di Maxwell. Questi alcuni esempi che si offrono al lettore del presente volume.

Il volume si inquadra nella collana di Esercitazioni di Scienza delle Costruzioni e prende in esame il carattere aleatorio dei parametri dei modelli matematici impiegati nell'analisi strutturale e precisamente: modello meccanico o realogico del materiale; modello geometrico; modello delle azioni esterne Come è ben noto sulla base dei tre modelli si deduce la risposta strutturale in termini di spostamenti, tensioni, caratteristiche della sollecitazione e così via.

Nel presente Volume 1 è raccolta la prima parte degli argomenti delle lezioni di «Scienza delle Costruzioni» da me tenute agli Allievi Ingegneri del Politecnico di Torino. La chiave di lettura del volume ritengo che debba essere considerata il costante riferimento alla dualità, cioè a quella stretta corrispondenza tra statica e cinematica che emerge nel momento in cui si esplicitano i relativi operatori e si constata come ciascuno di essi risulti essere l'aggiunto dell'altro. Nel caso dei sistemi di corpi rigidi gli operatori sono rappresentati da due matrici algebriche (ciascuna uguale alla trasposta dell'altra), mentre nel caso dei solidi elastici (travi, lastre, corpi tridimensionali) gli operatori sono rappresentati da due matrici differenziali (ciascuna uguale alla trasposta dell'altra, a meno dei segni algebrici). La formulazione operatoriale rappresenta peraltro la via più naturale per introdurre il Metodo degli Elementi Finiti, argomento che verrà svolto all'inizio del Volume 2.

Questi due volumi scaturiscono dall'esperienza didattica maturata dallo scrivente nel corso di Dinamica delle Strutture che, a più riprese durante gli anni, ha tenuto per supplenza presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Bologna. Il titolo medesimo, Fondamenti di dinamica e vibrazione delle strutture, illumina il tema trattato e la prospettiva seguita nella scrittura di questo dittico di libri. È una selezione e una rielaborazione di appunti e schemi che, come un seme depositato nel terreno del tempo e delle opere dell'uomo, sono germogliati, cresciuti e ramificati nell'arco temporale di due lustri. Al momento, strappandoli alla fragilità degli appunti, sono ormai pronti per essere affidati alla maggiore stabilità del libro. Complessivamente, la materia è strutturata in 18 capitoli. Il primo volume è composto da 12 capitoli, il secondo da 6. L'idea principale che percorre le pagine del libro, si propone di schematizzare una struttura reale attraverso un appropriato modello analitico. Applicando, poi, a quest'ultimo le leggi della Fisica, si intende ricavare il modello matematico del sistema oggetto di studio. A partire da questa triplice azione, retta dai verbi schematizzare, applicare e ricavare, scaturisce poi la risposta strutturale, che costituisce la sintesi di qualsiasi processo di progettazione e di verifica strutturale.