Scienze delle costruzioni

Scienza delle Costruzioni

La Scienza delle Costruzioni è una disciplina dell'ingegneria che studia il comportamento dei

corpi e delle strutture sottoposti a forze e carichi. Il suo scopo è comprendere come una struttura

reagisce alle azioni esterne e verificare che essa possa svolgere la propria funzione mantenendo

condizioni adeguate di equilibrio, resistenza e stabilità.

Lo studio delle strutture parte dai principi della statica, cioè quella parte della meccanica che

analizza i corpi in condizioni di equilibrio. Una struttura, infatti, deve essere in grado di sostenere i

carichi applicati senza spostarsi in modo incontrollato o collassare.

Per analizzare una struttura è quindi necessario conoscere le forze che agiscono su di essa, i vincoli

che ne limitano il movimento e le reazioni che si sviluppano nei punti di collegamento con il terreno

o con altri elementi strutturali.

Forze e vettori

Una forza rappresenta un'azione capace di modificare lo stato di equilibrio o di movimento di un

corpo. Nel campo delle costruzioni, le forze possono derivare da numerose cause: dal peso proprio

della struttura, dal peso delle persone e degli oggetti presenti, dal vento, dalla neve, dalle vibrazioni

o da altre azioni esterne.

La forza è una grandezza vettoriale e viene quindi caratterizzata da intensità, direzione, verso e

punto di applicazione.

L'intensità indica il valore della forza e viene misurata in Newton (N). La direzione indica la retta

lungo la quale agisce la forza, mentre il verso indica in quale direzione lungo quella retta la forza

viene esercitata. Il punto di applicazione indica invece il punto del corpo nel quale la forza agisce.

Graficamente una forza viene rappresentata attraverso una freccia. La lunghezza della freccia può

rappresentare l'intensità, mentre la sua orientazione indica direzione e verso.

Quando su una struttura agiscono più forze contemporaneamente, è possibile determinare la loro

risultante, cioè una singola forza equivalente all'insieme delle forze considerate.

Per effettuare i calcoli, spesso una forza viene scomposta nelle sue componenti orizzontale e

verticale. Questa operazione permette di applicare più facilmente le condizioni di equilibrio.

Tipologie di carico

I carichi che agiscono su una struttura possono essere classificati in diversi modi. Una distinzione

importante riguarda i carichi concentrati e i carichi distribuiti.

Un carico concentrato viene considerato applicato in un determinato punto della struttura. Un

esempio può essere il peso di un elemento che grava in una posizione specifica di una trave.

Un carico distribuito, invece, agisce lungo una certa lunghezza o superficie. Il peso proprio di una

trave, per esempio, può essere rappresentato attraverso un carico distribuito lungo tutta la sua

lunghezza.

I carichi distribuiti possono essere uniformi, quando hanno lo stesso valore lungo tutta la zona

interessata, oppure variabili, quando la loro intensità cambia da un punto all'altro.

Nell'analisi di una struttura è importante individuare correttamente tutti i carichi presenti, perché

questi determinano le sollecitazioni interne e le reazioni vincolari.

Equilibrio statico

Una struttura è in equilibrio statico quando rimane ferma e non presenta accelerazioni. Perché ciò

avvenga, le azioni che tendono a muovere o ruotare la struttura devono essere completamente

bilanciate.

In un sistema piano, le condizioni fondamentali di equilibrio sono tre:

ΣFx = 0

ΣFy = 0

ΣM = 0

La prima condizione stabilisce che la somma delle forze orizzontali deve essere uguale a zero.

La seconda stabilisce che la somma delle forze verticali deve essere uguale a zero.

La terza riguarda invece i momenti e stabilisce che la somma dei momenti rispetto a un