Transcript Tracce IV prova scritta Sezione B

ALLEGATO B1
ESAME DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
I SESSIONE 2014
IV PROVA SCRITTA (10/09/2014)
SEZIONE B
SETTORE CIVILE E AMBIENTALE
0.30
6.00
0.30
TRACCIA N. 1
Si deve realizzare un solaio di calcestruzzo armato ordinario gettato in opera per l’edificio la cui
pianta è riportata in figura.
5.50
4.50
6.00
Il candidato, dopo aver fissato opportunamente la geometria del solaio, produca il progetto
esecutivo dello stesso, facendo riferimento al metodo degli Stati Limite Ultimi e includendo i
calcoli di verifica e disegni di carpenteria in opportuna scala.
Per i carichi si faccia riferimento ai seguenti valori (caratteristici):
• Sovraccarico permanente (escluso peso proprio): 3.00 kN/mq
• Sovraccarichi variabili:
4.00 kN/mq
Le caratteristiche dei materiali sono a scelta del candidato.
TRACCIA N. 2
Il candidato progetti una casa bifamiliare di superficie netta complessiva pari a circa 240 mq (120
mq per alloggio), disposta su due livelli, con altezza totale massima di 9 metri. Si ipotizzi di
realizzare l’edificio su un terreno pianeggiante di forma rettangolare (50x40 metri), confinante su
due lati con lotti costruiti e sui restanti con una strada a percorso misto.
Ogni alloggio deve includere: ingresso, pranzo-soggiorno, cucina, servizi igienici (almeno uno per
piano), ripostiglio-lavanderia e tre camere da letto.
L’abitazione deve essere completata da uno spazio esterno da strutturare in modo da garantire
un’idonea fruibilità.
Il candidato dovrà redigere:
- una planimetria generale, in scala 1:200, con l’indicazione dell’organizzazione degli spazi esterni
e l’esatta ubicazione dell’edificio;
- piante, prospetti e almeno una sezione dell’edificio in scala 1:100.
Su tutti gli elaborati, opportunamente quotati, dovranno essere indicate in modo chiaro le tecniche
costruttive e le tecnologie utilizzate.
TRACCIA N. 3
Il candidato discuta le diverse tecnologie impiegate per la stabilizzazione e per la disidratazione dei
fanghi prodotti da un impianto di depurazione per acque reflue di origine civile, ponendole a
confronto.
Inoltre, con riferimento ad un impianto a fanghi attivi a servizio di un comune di 200.000 abitanti
equivalenti, funzionante a medio carico secondo uno schema tradizionale, progetti la fase di
digestione anaerobica del fango e ne rappresenti schematicamente una sezione trasversale.
Il candidato integri le informazioni fornite, con ogni eventuale dato che ritenga opportuno,
motivandone brevemente la necessità e il valore assunto.
TRACCIA N. 4
Si dimensioni un tronco di fognatura, le cui caratteristiche sono illustrate in tabella, considerando una curva
di probabilità pluviometrica h(d)=38d0.65. *
Il candidato indichi inoltre le caratteristiche principali delle opere d’arte da realizzare a servizio del suddetto
tronco fognario e disegni alcuni particolari costruttivi.
Area Sottesa (ha) ϕ
Pendenza (%) Lunghezza (m)
4.50
0.45 1.7
830
ϕ = frazione di superficie impermeabile
* h espresso in mm, d in ore.
TRACCIA N. 5
Su un area di notevole estensione planimetrica si vuole realizzare un terrapieno di altezza pari a 5.5
m. Il materiale di riempimento del rilevato, costituito da ghiaia sabbiosa, è compattato fino a
raggiungere un peso unitario secco pari a 22 kN/m3, e si stima che il suo contenuto d’acqua sia pari
a 5 %. Il sottosuolo, indagato con un sondaggio a carotaggio continuo, rivela la presenza di terreni a
grana fina omogenei fino alla profondità di 15 m dal piano campagna, sovrapposti ad un banco di
terreni ghiaiosi molto rigidi. Il piano di falda è posizionato in prossimità del piano campagna. Alla
profondità di 10 m dal p.c è stato prelevato un campione indisturbato, su cui è stata eseguita una
prova edometrica su un campione di altezza iniziale pari a 20 mm. Le caratteristiche fisiche del
campione ed i risultati della prova sono di seguito riportati.
3
3
γsat = 17.3 kN/m
γs = 26.6 kN/m
limite plastico = 42 %
limite liquido=61 %
PROVA EDOMETRICA
σ'v
δ
(1)
(kPa)
(mm)
25
50
0,72
0,15
PROVA DI CONSOLIDAZIONE
tempo
w(2)
(s)
(mm/100)
6
15
3,20
5,01
100
200
400
800
1600
3200
400
100
25
(1)
(2)
•
•
•
•
•
•
0,15
0,15
0,55
0,74
0,74
0,74
-0,46
-0,31
-0,31
30
60
120
240
480
900
1800
3600
7200
14400
28800
57600
86400
5,74
7,73
9,37
11,54
15,17
20,25
23,88
28,38
34,00
36,58
38,75
39,12
39,30
I valori riportati sono i cedimenti parziali riferiti al singolo step di carico
I valori riportati sono cedimenti totali, computati a partire dall’inizio della prova di
consolidazione
Si traccino i seguenti diagrammi:
indice dei vuoti - log ’
v della prova edometrica
w- t della prova di consolidazione
Si valutino i coefficienti di compressibilità e rigonfiamento del terreno;
Si stimi il carico di preconsolidazione p’c ed il grado di preconsolidazione OCR del terreno;
Si valuti il coefficiente di consolidazione monodimensionale;
Si calcoli il cedimento finale indotto dalla costruzione del rilevato;
Si tracci l’andamento temporale dei cedimenti;
TRACCIA N. 6
Data una strada extraurbana principale di tipo F1, il cui tracciato geometrico è riportato nella
successiva tabella, il candidato, in ottemperanza ai dettami riportati nelle “Norme funzionali e
geometriche per la costruzione delle strade (D.M. 5/11/2001)”, provveda a:
1) calcolare numericamente, verificare alla luce del D.M. 5/11/2001 e rappresentare
graficamente il diagramma di velocità;
2) si verifichi la necessità, alla luce del D.M. 5/11/2001, di inserire delle corsie di
arrampicamento per entrambi i sensi di marcia sapendo che il valore della Velocità Limite,
Vlim in Km/h, su di una livelletta di assegnata pendenza longitudinale è stimabile, per un
veicolo commerciale tipo, attraverso l’espressione:
Vlim = 147.4182 ⋅ e -19.3287(i + mr )
dove i (in frazione) rappresenta la pendenza della livelletta ed mr il coefficiente di resistenza
a rotolamento pari a 0.035, e le curve di prestazione sono espresse attraverso le seguenti
relazioni:
accelerazione: V ( s ) = Vlim (1 − e − k ⋅s ) , decelerazione: V ( s ) = Vlim + (V0 − Vlim )e − k ⋅s
dove s rappresenta la progressiva in metri, V0 è la velocità massima iniziale delle curve di
prestazione pari a 90 Km/h, e k = 0.005. Si assuma una velocità all’inizio del tratto in esame
del veicolo pari a 73 Km/h.
3) assumendo le clotoidi di flesso simmetriche, effettuare le relative verifiche (contraccolpo,
sovrappendenza ed ottica) e calcolare i parametri rilevanti per la loro geometrizzazione;
4) effettuare le verifiche sugli altri elementi del tracciato (curve e rettifili);
5) calcolare numericamente e rappresentare il diagramma dei cigli;
6) calcolare il Livello di Servizio, secondo la procedura dell’ Highway Capacity Manual 2000,
assumendo un valore del Traffico Giornaliero Medio (mono-direzionale) pari a 2900
veicoli/giorno, una percentuale di veicoli pesanti pari al 11 %, una ripartizione del traffico
nelle due direzioni pari a 44/56, un terreno ondulato, una densità di 4 accessi per chilometro
ed una percentuale di tracciato con visibilità superiore a quella necessaria al sorpasso pari al
33 %.
N. progressivo Elemento
Sviluppo [m]
Raggio [m] Pendenza [%]
1
Rettifilo
225
-
4.1
2
Clotoide di transizione
205
-
4.1
3
Curva
185
362
4.1
4
Clotoide di flesso
325
-
-1.6
5
Curva
480
375
-1.6
6
Clotoide di flesso
155
-
1.2
7
Curva
95
315
1.2
8
Clotoide di transizione
260
-
0.4
9
Rettifilo
290
-
0.4
Infine, sulla scorta dei dati di ingresso già riportati, si provveda a dimensionare una pavimentazione
flessibile con il metodo semi-probabilistico AASHTO Guide 1986, assumendo una vita utile di 20
anni, un tasso di crescita annuo del traffico pari all’ 1.8 %, un valore del Modulo Resiliente del
sottofondo pari a 32 MPa, un valore di affidabilità pari all’87% , un valore del PSI finale pari a 2.5
ed uno spettro di traffico dei veicoli pesanti riportato nella tabella seguente:
(N.B. gli assi ravvicinati sono da intendersi Tandem)
Tipo di veicolo
% sul traffico
Peso degli assi [kN]
Commerciale totale
Autocarri medi e pesanti
↓40
↓80
14
Autocarri pesanti
↓60
100↓ ↓100
36
Autotreni
↓60
↓100
Autoarticolati
↓40
80↓ ↓80
Autobus
↓50
↓80
↓100
↓100
28
80↓ ↓80
17
5
ALLEGATO B2
ESAME DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
I SESSIONE 2014
IV PROVA SCRITTA (10/09/2014)
SEZIONE B
SETTORE INDUSTRIALE
TRACCIA N. 1
Si consideri uno stabilimento industriale alimentato con cabina di alimentazione propria a 20 kV, in
cui è presente:
- un edificio adibito ad uffici della potenza complessiva di 10 kW, che dista 30 m dalla cabina;
- un’officina con carichi di forza motrice di 60 kW e impianto di illuminazione di 6 kW, che dista 50
m dalla cabina;
- un impianto di illuminazione esterno di 5 kW.
Con riferimento ai dati forniti e proponendo le necessarie ipotesi aggiuntive, il candidato:
a) disegni lo schema unifilare dell’intero impianto;
b) disegni lo schema del quadro generale e ne dimensioni le relative apparecchiature;
c) dimensioni le linee di alimentazione dei carichi.
TRACCIA N. 2
Un motore asincrono trifase con rotore avvolto è caratterizzato da:
tensione nominale Vn = 400 V
frequenza nominale fn = 50 Hz
numero di poli 4
rapporto di trasformazione 1,4
corrente nominale 95A
fattore di potenza nominale 0,89
scorrimento nominale 0,022
resistenza ad una coppia di morsetti statorici (alla temperatura di regime) pari a 0,12 Ohm.
Su tale macchina sono state eseguite le seguenti prove:
a) prova a vuoto con tensione e frequenza nominale e con circuito rotorico chiuso. Durante tale
prova sono state misurate la corrente, pari a 20 A ed il fattore di potenza, pari 0,2.
b) prova a vuoto con tensione e frequenza nominali e con circuito rotorico aperto. Tale prova è stata
eseguita subito dopo la precedente e prima che il rotore rallentasse apprezzabilmente. In queste
condizioni la corrente assorbita è pari a 17 A, il fattore di potenza pari a 0.15.
Trascurando le perdite addizionali determinare in condizioni nominali: la coppia, il rendimento, la
resistenza delle fasi di rotore collegate a stella.
TRACCIA N. 3
All’inizio del 2013 un’impresa è caratterizzata dal seguente Stato Patrimoniale:
Attivo
Passivo
Immobilizzazioni materiali nette
Magazzino prodotti finiti
Crediti commerciali
Cassa
4000
1500
500
1500
Patrimonio Netto
4500
Debiti commerciali
Debiti tributari
2000
1000
Totale
7500
Totale
7500
Durante il 2013 vengono prodotte e vendute Q=100 unità di prodotto finito (il magazzino prodotti
finiti viene gestito secondo la disciplina LIFO). Inoltre si ha che nel 2013:
1.
2.
3.
4.
5.
Il consumo di materie prime è pari a 200.
I costi per servizi esterni sono pari a 400.
I costi interni sono pari a 900.
I prodotti finiti sono valutati in base ai costi della produzione.
Gli impianti vengono ammortizzati anche in funzione del numero di unità prodotte Q; in
particolare, la quota annua d’ammortamento è pari a 300+2*Q.
6. I ricavi sono pari a 2000 (di cui il 50% a credito).
7. Dei crediti commerciali presenti all’inizio del 2013 ne vengono incassati un ammontare pari a
300.
8. Vengono pagati debiti commerciali per un valore pari a 500.
9. Non vengono distribuiti dividendi.
10. L’aliquota fiscale è pari al 50%. Vengono pagate le imposte relative all’anno 2004 accantonate
nei debiti tributari. Le imposte di competenza del 2013 vengono pagate nel 2006.
Si calcolino lo Stato Patrimoniale, il Conto Economico e il Rendiconto Finanziario (nelle sue
componenti operative, di investimento e di finanziamento) relativi all’esercizio 2013. Inoltre,
nell’ipotesi che i costi esterni, i costi interni al netto degli ammortamenti e i ricavi siano
proporzionali alle unità prodotte e che il numero di unità prodotte e vendute nel 2013 sia Q=200, si
calcolino nuovamente lo Stato Patrimoniale, il Conto Economico e il Rendiconto Finanziario (nelle
sue componenti operative, di investimento e di finanziamento) relativi all’esercizio 2013.
TRACCIA N. 4
Una azienda di componentistica auto produce particolari in metallo attraverso un processo di
stampaggio a freddo. L’azienda dispone di differenti presse oleodinamiche capaci di realizzare
prodotti analoghi. Sono stati raccolti i dati relativi ad una misura dimensionale di un particolare in
rame, realizzato su due presse differenti:
Gruppo
n.1
n.2
n.3
n.4
n.5
n.6
PRESSA 1
(mm)
19
18
20
18
17
20
21
14
18
19
22
16
14
20
15
19
20
19
20
20
19
17
13
19
n.7
n.8
n.9
n.10
n.11
n.12
n.13
n.14
n.15
Gruppo
22
23
19
18
21
16
18
16
17
n.1
n.2
n.3
n.4
n.5
n.6
n.7
n.8
n.9
n.10
n.11
n.12
n.13
n.14
n.15
22
18
16
17
18
19
17
18
16
19
19
15
18
16
15
20
19
15
19
18
22
16
18
17
20
20
20
22
14
13
19
17
21
19
17
22
16
16
21
17
19
18
18
21
15
20
19
18
17
19
19
22
15
18
19
16
20
21
18
18
17
16
19
18
18
17
15
16
17
20
19
16
PRESSA 2
(mm)
19
20
19
18
16
17
21
18
17
16
15
22
21
16
17
Numero di
elementi n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Coeff. per la parte
X
A2
2,660
1,880
1,023
0,729
0,577
0,483
0,419
0,373
0,337
0,308
Coeff. per la parte R
D3
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,076
0,136
0,180
0,223
D4
3,267
3,267
2,575
2,282
2,115
2,004
1,924
1,864
1,816
1,777
Si rappresentino i dati raccolti attraverso un istogramma per ciascuna delle presse considerate,
eseguendo un’analisi di Pareto degli stessi.
Si verifichi se il processo di stampaggio per ciascuna pressa è sotto controllo, commentando
eventuali situazioni di fuori controllo e possibilità di intervento sul sistema.
Inoltre, considerando che l’ufficio tecnico ha fissato le seguenti specifiche di lavorazione: 19 +/- 3
mm, stabilire se complessivamente la produzione è capace.
In riferimento alla pressa 1, si determini il valore del tempo ciclo totale (teorico ed effettivo), del
grado di saturazione dell’operatore, del grado di utilizzazione della macchina e della produzione
effettiva (lamiere stampate/h). Si verifichi la possibilità di abbinare una seconda pressa all’operatore
(Tspostamento = 0,15), su cui effettuare le stesse operazioni, determinando anche in tale caso il valore
del tempo ciclo totale (teorico ed effettivo), del grado di saturazione dell’operatore, del grado di
utilizzazione della macchina a della produzione effettiva (lamiere stampate/h). Si consideri η =
90%.
Operazione
T100
(min)
1,00
CF
f
8%
1
5%
1
1
Prelevare lamiera da stampare – Montare su pressa
2
Innestare automatico
0,50
3
Stampaggio pezzi
4,00
4
5
6
Disinnestare automatico
Togliere lamiera da pressa
Posizionare lamiera su carrello
0,50
2,00
1,00
5%
8%
10 %
1
1
1
7
Controllare pezzi stampati
1,50
8%
1/10
1
T100: tempi normalizzati;
CF: coefficiente di maggiorazione da imputare a fatica e da assegnare a ciascuna fase. Tiene conto
della posizione assunta dall’operatore;
f: frequenza con la quale viene eseguita l’operazione.
Infine, occorre decidere in che misura ripartire la produzione di cinque prodotti differenti tra le due
presse, noti i seguenti vincoli produttivi:
Particolare in metallo
J
K
W
X
Y
Costi orari
Pressa 1 [pezzi/h]
100
250
100
300
250
240,00 €/h
Pressa 2 [pezzi/h]
200
150
150
210,00 €/h
Produzione minima
1800
1700
1600
1500
1900
Pertanto, nota la produzione minima richiesta per ogni tipologia di particolare in metallo, il costo
orario di produzione delle presse oleodinamiche, nonché la produzione oraria di ogni prodotto su
ciascuna pressa, si valuti il tempo di lavoro delle due presse che permette di minimizzare i costi
complessivi di produzione.
TRACCIA N. 5
Il candidato calcoli le prestazioni termodinamiche di una macchina frigorifera con una capacità di
raffreddamento pari a 10 kW atta a mantenere un’utenza frigorifera alla temperatura costante di 7 C quando la temperatura dell'ambiente esterno è pari a 25 °C. Si considerino i seguenti parametri
progettuali:
•
•
•
•
R134a come fluido di lavoro,
pressione massima e minima del ciclo pari a 8 e 1.5 bar, rispettivamente,
ingresso al compressore in condizioni di vapore saturo secco,
rendimento isoentropico di compressione pari a 0.85.
Si calcolino la portata di fluido refrigerante, il COP del ciclo e l’entropia generata totale. Il
candidato proponga, e giustifichi numericamente, una possibile soluzione impiantistica atta a
ridurre la portata di fluido elaborata dal ciclo scegliendo arbitrariamente i parametri di
funzionamento necessari.
TRACCIA N. 6
Sull’albero riportato in figura sono calettate una ruota dentata con diametro primitivo pari a 140
mm ed una puleggia di diametro 290 mm collegata tramite cinghia piatta all’utilizzatore. Alla ruota
dentata è trasmessa una potenza di 12 kW. L’albero ruota a 750 giri al minuto. La distanza dei
cuscinetti centrali è di 250 mm mentre i due sbalzi sono lunghi 170 mm. Gli spessori della ruota e
della puleggia sono di 80 mm. L’angolo di avvolgimento della cinghia attorno alla puleggia è pari a
190°.
Dimensionare l’albero sia staticamente che a fatica dopo aver effettuato le opportune scelte per il
sistema: collegamenti ruota-albero e puleggia-albero; tipologia di cuscinetti