Concetti Chiave
- I materiali con alta resistenza alla compressione, come calcestruzzo e acciaio, sono fondamentali per strutture sottili, ma richiedono attenzione al carico critico di punta.
- Ogni materiale ha un modulo di elasticità a trazione; il calcestruzzo ha bassa resistenza a trazione, mentre l'acciaio offre elevate prestazioni.
- La resistenza al taglio è influenzata dalla combinazione di trazione e compressione; materiali deboli in queste forze sono anche deboli al taglio.
- La flessione richiede materiali che abbiano resistenza simile alla trazione e alla compressione, con il legno e l'acciaio come esempi primari.
- Il ferro cemento, una combinazione di rete metallica e malta cementizia, offre resistenza alla compressione e elasticità simile all'acciaio.
SOLLECITAZIONI ELEMENTARI:
• Compressione (avvicinamento delle particelle costituenti il materiale), alcuni materiali con scarsa resistenza alla trazione presentano un’elevata resistenza a compressione, come pietra, muratura, malta, calcestruzzo. I moderni materiali a elevata resistenza a compressione come l’acciaio, possono essere impiegati per realizzare colonne molto più sottili di quelle in pietra o calcestruzzo ma bisogna fare attenzione al carico critico di punta dell’elemento, cioè che sottoposto a carichi si inflette e in genere si spezza.• Trazione (allontanamento), ogni materiale ha una costante o modulo di elasticità a trazione, o modulo di Young, misurato in kg/cm3. Alcuni materiali come il calcestruzzo hanno poca resistenza a trazione, altri come l’acciaio invece hanno un’ottima resistenza.
• Taglio (scorrimento), la deformazione di compressione e trazione si misura dalla variazione di lunghezza dell’elemento, mentre quella di taglio si misura dalla deformazione dell’angolo retto. Una delle caratteristiche essenziali del taglio è quella di provocare lo scorrimento secondo non uno ma due piani ortogonali. Il taglio può essere considerato come una combinazione di trazione e compressione ad angolo retto tra di loro e agenti in direzione a 45° con le direzioni del taglio, dunque un materiale che ha bassa resistenza a trazione o a compressione ha scarsa resistenza anche a taglio.
• Se in uno stesso materiale c’è presenza di compressione e trazione nelle sue diverse fibre si parla di Flessione. Ad esempio se prendiamo una tavola poggiante su due pietre e se due ragazzi vi si poggiano sopra alle due estremità le fibre superiori si allungano e quindi subiscono trazione, le fibre inferiori si accorciano subendo compressione, mentre quelle centrali rimangono neutre. Un materiale che lavori bene a flessione deve avere resistenze praticamente eguali alla trazione e alla compressione. Ciò spiega la parte predominante del legno fra i materiali da costruzione naturali e la posizione incontrastata che l’acciaio ha avuto per molto tempo nelle moderne strutture.
• Torsione. Convenzionalmente in ogni materiale sottoposto a sollecitazione c’è un asse lungo la quale la sollecitazione non arriva. Le travi devono essere d’acciaio perché è un materiale duttile, ma non tutte d’acciaio altrimenti il peso sarebbe elevato, la trave a doppia T è costituita da parti d’acciaio in punti diversi con spessori maggiori.
Da migliaia di anni si usa come materiale per strutture il ferro, che resiste bene a trazione, principalmente associato con altri materiali come il legno che resiste bene a compressione. Infatti ad esempio nelle capriate di copertura delle navate di molte chiese medioevali venivano impiegate strutture composte da puntoni in legno e catene in ferro. Con la tecnologia è stato possibile migliorare le proprietà dei materiali strutturali. Alcune nuove leghe leggere hanno la stessa resistenza dell’acciaio, con peso inferiore. Fra questi materiali strutturali artificiali il più interessante è forse il calcestruzzo armato, che riunisce in sé la resistenza alla compressione del calcestruzzo e a trazione dell’acciaio. *Vedi
CALCESTRUZZO ARMATO
il ferro cemento, un materiale inventato e impiegato da Nervi consiste in una combinazione di rete metallica e malta cementizia. Un certo numero di strati di rete metallica a maglia quadrata di circa 1 cm di lato vengono disposti paralleli e a breve distanza fra loro nello spessore di elementi strutturali sottili, e annegati in una gettata di malta di cemento e sabbia. Il risultato è un materiale avente la resistenza alla compressione di un ottimo calcestruzzo e la elasticità a trazione dell’acciaio.
Domande da interrogazione
- Quali materiali presentano un'elevata resistenza a compressione ma scarsa resistenza a trazione?
- Cos'è il modulo di Young e come si applica ai materiali?
- Come si comportano i materiali sotto sollecitazione di taglio?
- Quali sono le caratteristiche di un materiale che lavora bene a flessione?
- Quali sono i vantaggi del calcestruzzo armato rispetto ai materiali tradizionali?
Materiali come pietra, muratura, malta e calcestruzzo hanno un'elevata resistenza a compressione ma scarsa resistenza a trazione.
Il modulo di Young è una costante che misura l'elasticità a trazione di un materiale, espressa in kg/cm3, e varia tra materiali come calcestruzzo e acciaio.
La sollecitazione di taglio provoca scorrimento su due piani ortogonali e combina trazione e compressione ad angolo retto, influenzando materiali con bassa resistenza a trazione o compressione.
Un materiale che lavora bene a flessione deve avere resistenze simili alla trazione e alla compressione, come il legno e l'acciaio.
Il calcestruzzo armato combina la resistenza alla compressione del calcestruzzo con la resistenza a trazione dell'acciaio, offrendo un materiale strutturale avanzato.