In breve: Studiamo come travi e aste si deformano sotto i carichi, restando nel campo elastico.
Cos'è il comportamento elastico
Ogni materiale, se caricato, si deforma. Il campo elastico è la fase in cui la deformazione scompare quando togliamo il carico.
Pensa a un elastico: lo tiri, si allunga, lo lasci e torna come prima. Lo stesso succede a una trave di acciaio, ma con deformazioni piccolissime.
Se invece superiamo un certo limite, la deformazione resta. Allora siamo fuori dal campo elastico.
Le sollecitazioni sugli elementi strutturali
Un singolo elemento strutturale può subire diverse sollecitazioni. Le principali sono:
- trazione: il pezzo viene tirato alle estremità;
- compressione: il pezzo viene schiacciato;
- flessione: il pezzo si piega, come una mensola con un peso;
- taglio: due forze opposte cercano di farlo scorrere;
- torsione: due forze opposte cercano di farlo ruotare.
Ogni sollecitazione produce una deformazione tipica. In campo elastico vale una regola semplice. Più aumenta il carico, più aumenta la deformazione, in modo proporzionale.
Questa proporzionalità è descritta dalla legge di Hooke. Lega lo sforzo applicato alla deformazione del materiale.
Le travature reticolari
Una travatura reticolare è una struttura fatta di aste collegate fra loro nei nodi. Le aste formano triangoli. Il triangolo è la forma più stabile.
Esempi visibili tutti i giorni: il traliccio dell'alta tensione, il ponte ferroviario in ferro, la capriata di un tetto.
Nelle travature reticolari ideali ogni asta lavora solo a trazione o a compressione. Non subisce flessione. Questo le rende leggere e resistenti.
Le aste tirate si chiamano tiranti. Le aste compresse si chiamano puntoni.
Esempi pratici
Esempio 1 — trazione. Un tirante di acciaio lungo 2 metri sostiene un carico. In campo elastico si allunga di pochi millimetri. Tolto il carico, ritorna alla lunghezza iniziale.
Esempio 2 — flessione. Una mensola di legno regge un libro. La punta si abbassa di poco. Tolto il libro, la mensola torna dritta.
Esempio 3 — travatura. In una capriata, il corrente inferiore è teso. I puntoni inclinati sono compressi. Calcolando le forze nei nodi, troviamo lo sforzo in ogni asta.
Per analizzare una travatura usiamo il metodo dei nodi o il metodo delle sezioni. Verifichiamo che ogni asta resti nel campo elastico.
Parole difficili
- Sollecitazione: forza interna che agisce su un elemento caricato.
- Campo elastico: zona in cui la deformazione scompare se togliamo il carico.
- Legge di Hooke: regola che lega sforzo e deformazione in modo proporzionale.
- Nodo: punto in cui due o più aste si collegano.
- Tirante: asta sottoposta a trazione.
- Puntone: asta sottoposta a compressione.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-costruzioni-ambiente-territorio.topografia-e-costruzioni.cl3.elementi-strutturali.01