Programmi Laurea Triennale

 

70/0085-M - TECNOLOGIA DEI MATERIALI E CHIMICA APPLICATA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
BERNHARD ​ELSENER (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​


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Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/72] ​ ​INGEGNERIA CIVILE [72/00 - Ord. 2013] ​ ​PERCORSO COMUNE550
Obiettivi

Il Corso Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata ha l'obiettivo di assicurare agli allievi le nozioni fondamentali sul comportamento e sulle proprietà delle diverse categorie di materiali, sopratutto le leghe metalliche e il calcestruzzo armato. Lo studio dei materiali avverrà attraverso la comprensione profonda delle relazioni tra struttura e proprietà. Inoltre lo studente dovrà conoscere i meccanismi di degrado e quindi la durabilità delle diverse classi di materiali.


Durante il corso vengono inoltre forniti gli elementi per
conoscenza e capacità di comprensione:
- conoscere le diverse leghe metalliche industrialmente utilizzati e avere conoscenze di base sulla loro lavorazione.
- conoscere i livelli della struttura dei materiali (atomico, reticolo cristallino, microstruttura) e capire su una base scientifica la correlazione tra struttura e proprietà
- individuare i meccanismi che permettono di influenzare / modificare le proprietà meccaniche dei metalli ed essere in grado di spiegare perché
- comprendere il trattamento termico delle diverse leghe metalliche
- utilizzare corretti termini tecnici della materia per esprimersi in maniera adeguata
- distinguere tra una descrizione e una spiegazione del comportamento dei materiali

autonomia di giudizio: lo studente saprà, almeno preliminarmente, valutare in maniera critica i vantaggi e svantaggi dei diversi materiali utilizzati in ingegneria civile e scegliere il materiale più adatto per una specifica applicazione.

abilità comunicative: alcune parti delle esercitazioni sono sviluppate come lavoro di gruppo favorendo la comunicazione e lo scambio di valutazione. Lo studente impara ad utilizzare i termini tecnici della Scienza e Tecnologia dei Materiali per poter interagire con i specialisti della materia.

capacità di apprendere autonomamente: allo studente viene fornito ulteriore materiale didattico (libri, siti web dedicati, etc.) per approfondire autonomamente la materia. Lo studente dovrebbe avere indicazioni di base su dove e come trovare ulteriori approfondimenti.

Prerequisiti

Lo studente deve avere una buona conoscenza degli argomenti relativi alla
chimica generale (struttura degli atomi, legami chimici, tipi e energia di legame), della fisica e della matematica (funzioni esponenziali, logaritmi).

Contenuti

Il corso intende di dare ai studenti la comprensione tra struttura, trattamento e proprietà dei materiali, focalizzato su materiali metallici e calcestruzzo armato.
Parte 1 (6 ore di lezioni, 2 ore di esercitazioni)
- introduzione / organizzazione / livelli di struttura della materia
- capitolo 2: struttura degli atomi, legame chimico, energia di legame, proprietà tecnologiche come Tfus, coefficiente di espansione termico, modulo di Young
- capitolo 3: struttura e geometria cristallina, reticoli bravais, reticolo vs cristallo, CS, CCC, CFC, EC, piani compatti, relazione tra costante reticolare a e raggio atomico

Parte 2 (6 ore di lezioni, 2 ore di esercitazioni)
- ripetizione reticoli cristallini, difetti cristallini (parola), difetti di punto (vacanze, equilibrio termico, importanza)
- formazione delle leghe, miscibilità totale, miscibilità parziale, resistenza elettrica, rafforzamento per alligazione
- difetti di linea, dislocazioni, importanza per la deformazione plastica. Dislocazioni a spigolo, a vite. Film per il movimento delle dislocazioni, Sistemi di scorrimento in CFC, EC (e in CCC). τcrit . Bordi di grano, Hall Petch

Parte 3 (6 ore di lezioni, 2 ore di esercitazione)
- Brain storming “proprietà dei Materiali”, aggettivi per la descrizione. Prove Meccaniche, Prova di trazione, scorrimento e blocco delle dislocazioni, effetto del reticolo CFC o CCC
- Deformazione a freddo, incrudimento. Foresta delle dislocazioni. Fragile – duttile. Prove di durezza, correlazione con σm
- Prove d’urto, impatto. Effetto della temperatura. Reticolo CFC e CCC (con transizione fragile – duttile). Leghe con basso tenore di carbonio, carico di snervamento superiore / inferiore. Prove di fatica, Creep, effetto dei bordi di grano

Parte 4 (6 ore di lezioni, 2 ore di esercitazione)
- processi di diffusione, coeff. Diffusione, T, legge di Arrhenius.
- Effetto del reticolo. Velocità della diffusione.
- Processo di Ricottura, Ricupero e ricristallizzazione. Condizione per la ricristallizzazione
- Diagrammi di stato, solidificazione, regola di Gibbs, leghe binarie con completa miscibilità. Proprieta meccaniche. Leghe binarie eutettiche, la reazione eutettica, solidificazione in equilibrio, segregazione

Parte 5 (6 ore di lezioni, 2 ore di esercitazione)
- Acciai al carbonio, diagramma Fe-Fe3C, ferrite, cementite perlite. Trasformazione eutettoidica
- Acciai al carbonio, effetto del tenore di C sulla resistenza meccanica, tempra bainitica, martensitica acciai al carbonio
- effetto del tenore di C sulla resistenza meccanica, tempra bainitica, martensitica

Parte 6 (6 ore di lezioni, 4 ore di esercitazioni)
- fonadmenti della corrosione, termodinamica, cinetica, passivazione, corrosione localizzata, diagrammi di Pourbaix, curve i/E
- struttura e proprietà del calcestruzzo, idratazione, porosità, rapporto a/c, effetto di SCM
- durabilità del calcestruzzo armato, carbonatazione e cloruri,
- analisi delle strutture in CA, metodi non-distruttive
- metodi di prevenzione, protezione e

Metodi Didattici

Il corso si base su lezioni frontali (ca. 2/3 delle ore attribuite). Nelle lezioni gli studenti vengono coinvolti con domande, esercitazioni mirate e sviluppo degli argomenti tipo "brain storming".
Esercitazioni (ca. 1/3 delle ore attribuite) in gruppi più piccoli.

Verifica dell'apprendimento

Durante il corso si svolgono due pre-esami scritti. Le domande sono dello stesso stile come nelle esercitazioni, cioè di ragionamento (e non di calcoli). Nel primo pre-esame è ancora permesso di utilizzare libri e appunti, nel secondo non è più permesso.
I due pre-esami vengono corretti. Oltre alla correzione dei pre-esami in classe lo studente riceve anche una correzione individuale. Vengono mostrati i istogrammi (distribuzione dei punti), gli studenti possono fare un auto-controllo della loro preparazione rispetto a tutta la classe.
Studenti che hanno superato i due pre-esami (non la media) possono accedere ad un esame orale entro 2 - 3 settimane dopo la fine del corso. Tutti gli altri devono dare un esame scritto intero.

Testi

Callister W.D.: “Scienza e Ingegneria dei Materiali – un introduzione”, 2007 EdiSES, Napoli
Smith W.: "Scienza e tecnologia dei materiali", McGraw-Hill, Milano
Bertolini L. et al.: “Tecnologia dei materiali, Città Studi Edizioni” 2000 UTET Libreria
Pedeferri P.: “La Corrosione nel calcestruzzo e negli ambienti naturali”, McGraw-Hill, Milano, 1996
Elsener B. et al.: Corrosion of steel in concrete, WILEY 2013
Atzeni C., Pia G., Sanna U. I materiali dell''edilizia storica. Storia, tecnologia, applicazioni. Aracne 2010.

Altre Informazioni

Come strumenti a supporto della didattica saranno fornite:
- slide delle lezioni
- esercitazioni svolto durante il corso con traccia della soluzione
- ulteriori esercitazioni
- esempi di pre-esami con soluzione
- esempi di testi di esame
Inoltre vengono messi a disposizione film animati e link a siti didattici della Tecnologia dei Materiali.

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