TECNOLOGIA DELL ARCHITETTURA 2009/10 PROF. SERGIO RINALDI

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1 SISTEMI STRUTTURALI PRINCIPALI NELLA STORIA DELL ARCHITETTURA Esiste una stretta relazione tra il sistema strutturale e i materiali scelti per la costruzione sistema a telaio sistema trilitico sistema a mensola sistema continuo

2 SISTEMI STRUTTURALI PRINCIPALI NELLA STORIA DELL ARCHITETTURA sistema a telaio sistema continuo

3 SISTEMI STRUTTURALI sistema continuo sistema a telaio

4 ARCHITETTURE DI PIETRA antica rocca di Sergnana

5 ARCHITETTURE A TELAIO Chiesa ad Alcamo, arch. Calvaruso & co. Casa 100 K, arch. M. Cucinella.

6 GLI ELEMENTI STRUTTURALI CHE DEVONO RESISTERE A FORZE CHE AGISCONO PERPENDICOLARMENTE ALL ASSE DELL ELEMENTO RICHIEDONO L UTILIZZO DI MATERIALI RESISTENTI A TRAZIONE E A COMPRESSIONE. Le forze che agiscono sulla struttura sono generalmente verticali perché generate dalla forza di gravità terrestre copertura inclinata parete verticale solaio orizzontale

7 ABBAZIA DEL GOLETO Gli elementi verticali in muratura portante sono soggetti a sforzi di compressione Gli elementi strutturali orizzontali (coperture) sono soggetti a sollecitazione di flessione. Sono realizzati con materiali resistenti a trazione (legno) o con sistemi costruttivi a volta e archi in muratura

8 Le costruzioni a volta consentono di utilizzare solo materiali non resistenti a trazione perché eliminano le sollecitazioni di flessione Arch. Fabrizio Carola mercato in Africa

9 Nella scala si generano sollecitazioni di flessione Scala in ferro e legno, materiali resistenti a flessione Scala in muratura, realizzata con sistema costruttivo ad arco per eliminare le sollecitazioni di flessione

10 I sistemi costruttivi in cemento armato sono in grado di resistere alle sollecitazioni di flessione

11 Struttura in cemento armato con copertura reticolare in acciaio Nei sistemi strutturali reticolari vengono trasmesse solo sollecitazioni assiali di trazione e di compressione. Ciò consente una riduzione delle dimensioni delle sezioni strutturali delle aste.

12 Strutture reticolari in acciaio Norman Foster, City Hall - London

13 Nuovi materiali per l edilizia "Armadillo di Brianza Plastica" è un progetto innovativo per le case prefabbricate che introduce l'uso di materiali non convenzionali in edilizia, comunque efficaci: è un'unità abitativa modulare in plastica.

14 RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI PRODOTTE DAI CARICHI Resistenza meccanica La resistenza meccanica è la capacità dei materiali di resistere a forze statiche esterne, tendenti a modificarne la forma e la dimensione, senza subire rotture o deformazioni permanenti. La resistenza meccanica dei materiali ai vari tipi di sollecitazione statica può essere misurata con prove specifiche di

15 S1 S2 CONCETTO DI CARICO Galileo nel 1638 fu il primo ad occuparsi della resistenza meccanica in termini di rottura dei materiali sottoposti all applicazione di un carico. Provò sperimentalmente che maggiore è la sezione di un certo materiale (di forma e geometria determinate: per esempio aste cilindriche), maggiore è il carico che occorre applicare alle due aste per provocare la rottura. Raddoppiando il diametro dell asta cilindrica (da 2 a 4 cm) il peso che Galileo non esplicitò il concetto di sforzo, inteso come forza per unità di superficie, e si limitò ad esaminare solo il carico, cioè la forza F. F1 F2 provoca la rottura aumenta di quattro volte (da 100 a 400 Kg).

16 CONCETTO DI SFORZO Nel 1822, Augustin Cauchy ( ) dimostrò che la deformazione era funzione dello sforzo σ = F/S e non della forza (F). σ = Ft Ao Area prima del carico S1 F S2 F A parità di forza F applicata su due superfici diverse (S<S ) lo sforzo è maggiore (σ>σ ) laddove la superficie è minore.

17 Nel 1679 il britannico Robert Hooke ( ) pubblicò un saggio intitolato «De potentia restitutiva or of a spring» CONCETTO DI DEFORMAZIONE Hooke trovò che: ogni solido si deforma (accorciandosi o allungandosi) quando è sollecitato e la deformazione si annulla se si rimuove la sollecitazione (CONCETTO DI DEFORMAZIONE) è proprio questa deformazione (tensio) che consente al solido di sviluppare l azione opposta (vis) alla sollecitazione (RELAZIONE TRA TENSIONE E DEFORMAZIONE)

18 «ut tensio, sic vis», (tanta la deformazione, tanta la forza) CONCETTO DI DEFORMAZIONE Reazione del gatto attraverso la deformazione dei tendini alla sollecitazione della bambina. Reazione del muro (invisibile, ma c è) alla sollecitazione della bambina. La differenza tra la deformazione della coda del gatto e quella del muro sta nella diversa qualità (cioè elasticità) dei due materiali.

19 La definizione di sforzo, o tensione assiale, rapporta le condizioni di equilibrio, con assenza di deformazioni e di rottura, alla resistenza del materiale CONCETTO DI TENSIONE Ss F s La tensione di trazione σ è una caratteristica intrinseca del materiale Tensione di trazione σ Ss = sa La condizione di equilibrio impone Ss = - F

20 Deformazione laterale CONCETTO DI DEFORMAZIONE

21 LEGGE DI HOOKE s = E e

22 Modulo di elasticità PROPRIETÀ DEI MATERIALI a campo elastico Legge di Hooke s e E = (Pa) E = modulo di Young E è un parametro che caratterizza laresistenza del solido alla deformazione uniassiale ed è detto modulo di Young o modulo di elasticità Il modulo di elasticità E é definito dall inverso della tangente dell angolo a di inclinazione del diagramma in fase elastica.

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24 COMPORTAMENTO DI MATERIALI DIVERSI Il modulo elastico E é rappresentato graficamente dalla pendenza del tratto lineare rosso La resistenza del materiale è maggiore quanto maggiore è la pendenza del diagramma delle deformazioni

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27 SOLLECITAZIONI MECCANICHE SEMPLICI 1. Applicazione di una forza senza modifiche di forma dell asse del corpo LA FORZA AGISCE LUNGO L ASSE DEL CORPO a. Trazione + b. Compressione -

28 SOLLECITAZIONI MECCANICHE SEMPLICI 2. Applicazione di un momento che provoca una modifica di forma dell asse del corpo LA FORZA AGISCE PERPENDICOLARMENTE ALL ASSE DEL CORPO a. taglio b. flessione c. torsione

29 SOLLECITAZIONI MECCANICHE SEMPLICI LEGAME TRA LE DEFORMAZIONI PER FLESSIONE, TRAZIONE, COMPRESSIONE Nella sollecitazione di flessione il corpo subisce una duplice deformazione: allungamento dal lato convesso rispetto alla deformazione dell asse accorciamento dal lato concavo rispetto alla deformazione dell asse Un materiale che resiste a flessione deve necessariamente resistere sia a compressione che a trazione

30 Comportamento elastico PROPRIETÀ DEI MATERIALI Un materiale sottoposto a trazione subisce una deformazione Sforzo nominale s = (Pa) Deformazione nominale e =. Cessata la forza applicata il materiale ritorna alle dimensioni originali F A 0 DL0 L0

31 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO per la misura del Modulo Elastico e dello Snervamento

32 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

33 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

34 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

35 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

36 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

37 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

38 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

39 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

40 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

41 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

42 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO FORME DI ROTTURA DEI PROVINI

43 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO

44 PROVA DI TRAZIONE DELL ACCIAIO ALLUNGAMENTO PERCENTUALE DOPO LA ROTTURA

45 PROVA DI COMPRESSIONE

46 PROVA DI COMPRESSIONE Barra di acciaio compressa. Deformazione per carico di punta Prova su cubetto di calcestruzzo

47 PROVA DI SCHIACCIAMENTO SU UN CUBETTO DI CALCESTRUZZO PROVA DI COMPRESSIONE 1 provino integro prima della prova 2 primo stadio della deformazione per schiacciamento 3 inizio della rottura 4 provino rotto al termine della prova

48 PROVA DI COMPRESSIONE Rottura a flessione e a compressione di una malta ordinaria (a sinistra) e di una RPM (a destra).

49 Prove di resistenza su elementi di legno