Pressoflessione Deviata
1.2 L5 — Pressoflessione Deviata

Pressoflessione Deviata

Quando la forza normale di compressione cade fuori da entrambi gli assi principali: la formula a tre termini, l’asse neutro obliquo, la regola della somma per il nocciolo e la sezione non reagente a trazione.

Materia — Progettazione, Costruzione e Impianti Indirizzo — CAT, Costruzioni Ambiente e Territorio Durata — 3 ore
xyCGnpressoflessione deviataN di compressione applicata in un punto Cfuori da entrambi gli assi principalinocciolo centrale d’inerziase C è nella losanga verden resta fuori: sezione tutta compressa
01

Dalla pressoflessione retta a quella deviata

In L4 il centro di pressione stava su un asse principale. Ora può stare dove vuole: la forza normale produce due momenti insieme, uno per ogni asse.

Un pilastro d’angolo riceve travi da due lati, un plinto trasmette al terreno momenti in due direzioni, un pilastro caricato da solai asimmetrici e dal vento non ha una risultante che cade su un asse. In tutti questi casi l’eccentricità ha due componenti. Servono tre cose già viste: la pressoflessione retta e il nocciolo (L4), la flessione deviata (L3) e la sovrapposizione degli effetti.

Che cosa vedremo. Una formula con tre termini (compressione, flessione attorno a x, flessione attorno a y) e il suo asse neutro obliquo che non passa per il baricentro. Poi la regola della somma per il nocciolo del rettangolo, il nocciolo di una sezione a T, il caso della sezione che non resiste a trazione, e l’applicazione al plinto di fondazione. È un argomento già incontrato in G4: qui è ripreso con il metodo dell’ellisse d’inerzia di L4.
02

La definizione di pressoflessione deviata

Si ha pressoflessione deviata quando la forza normale di compressione N è applicata in un punto C fuori da entrambi gli assi principali d’inerzia.

Il punto C ha due coordinate, xc lungo x e yc lungo y, misurate dal baricentro G. Spostare N in G richiede di aggiungere due momenti di trasporto, uno per ogni coordinata.

xyGxcycCN applicata in C(xc, yc)C non è su nessun asse principale≡xyN in GMx = N·ycMy = N·xcN in G, più due momenti (vettori a doppia freccia)Mx = N·yc attorno a x, My = N·xc attorno a yIl carico eccentricoequivale a:• N centrata• Mx (flessione)• My (flessione)Mx e My insiemedanno un momentosu un piano obliquo:flessione deviata
La forza N in C(xc, yc) equivale a N nel baricentro più i momenti Mx = N·yc e My = N·xc
Mx = N · yc
My = N · xc
  • Mx = N·yc flette la sezione attorno all’asse x (fa lavorare il braccio yc), My = N·xc la flette attorno all’asse y. I due momenti sono le componenti dell’unico momento M = N·e, con e = √(xc² + yc²), il cui piano non contiene un asse principale
  • Il legame con L3: la parte flessionale della pressoflessione deviata è una flessione deviata. In più c’è la compressione N, che sposta l’asse neutro lontano dal baricentro
  • Segni: la trazione è positiva, la compressione negativa. Gli assi x (a destra) e y (in basso) sono scelti come in L3 e L4; si prendono xc e yc con il segno delle coordinate di C, che qui sono entrambe positive. Se C sta in un altro quadrante basta cambiare i segni dei termini corrispondenti
  • Dal momento al punto C: con N, Mx e My noti, le coordinate sono yc = Mx/N e xc = My/N (in valore assoluto, con il segno del quadrante)
Quando capita. Pilastro d’angolo o di bordo con travi appoggiate su due lati; plinto con momenti trasmessi nelle due direzioni; pilastro con vento che agisce in una direzione qualsiasi e carico verticale non centrato; torri, ciminiere e silos con azione orizzontale obliqua rispetto agli assi della sezione. Valgono le ipotesi di L2, L3 e L4 e, come in L4, l’elemento è tozzo (non si considera l’instabilità).
03

La formula delle tensioni

La formula della pressoflessione deviata somma tre termini: la compressione uniforme e le due flessioni attorno agli assi principali.

σ = − N/A − N·yc·y / Ix − N·xc·x / Iy
  • N/A: compressione uniforme, uguale in ogni punto. Ix, Iy: momenti d’inerzia principali (E2), x e y coordinate del punto dal baricentro, con gli assi orientati verso C
  • Il segno meno dei due termini flessionali dice che il punto dal lato di C (x e y positive, come C) è compresso due volte: da N e da entrambe le flessioni
  • σ: la trazione è positiva e la compressione negativa, come in L2, L3 e L4

Si raccoglie N/A e si introducono i raggi d’inerzia ρx² = Ix/A e ρy² = Iy/A (L4):

σ = − (N/A) · (1 + yc·y / ρx² + xc·x / ρy²)

Per il rettangolo b × h è ρy² = b²/12 e ρx² = h²/12. Nei quattro vertici (x = ±b/2, y = ±h/2) la formula diventa molto semplice:

σ = − (N/A) · (1 ± 6·xc/b ± 6·yc/h)
++=−2,00−2,00−2,00−2,00− N/Acompressione−0,72+0,72−0,72+0,72− N·yc·y / Ixflessione attorno a x−0,80−0,80+0,80+0,80− N·xc·x / Iyflessione attorno a y−3,52−2,08−1,92−0,48σ (somma)valori ai 4 verticiesempio: sezione 300 × 500 mm, N = 300 kN, C(20; 30) mm — valori in MPa, trazione positivail vertice in basso a destra, dal lato di C, è il più compresso
Le tre componenti della tensione ai vertici e la loro somma, per la sezione 300 × 500 mm con N = 300 kN e C(20; 30) mm
VerticeTensioneValore (MPa)
in basso a destra (lato di C)− (N/A)·(1 + 6xc/b + 6yc/h)−3,52
in alto a destra− (N/A)·(1 + 6xc/b − 6yc/h)−2,08
in basso a sinistra− (N/A)·(1 − 6xc/b + 6yc/h)−1,92
in alto a sinistra (opposto a C)− (N/A)·(1 − 6xc/b − 6yc/h)−0,48
Due controlli veloci. La tensione è una funzione lineare di x e y: il solido delle tensioni è un piano, e per i vertici opposti vale la somma σ(+,+) + σ(−,−) = σ(+,−) + σ(−,+) = −2N/A. Nell’esempio: −3,52 + −0,48 = −4,00 e −2,08 + −1,92 = −4,00. La media dei quattro vertici è sempre −N/A = −2,00 MPa.
04

L’asse neutro della pressoflessione deviata

L’asse neutro n è la retta dove la tensione è nulla: si ottiene ponendo σ = 0 nella formula, quindi 1 + yc·y/ρx² + xc·x/ρy² = 0.

xc·x / ρy² + yc·y / ρx² = − 1
xyx0y0nCGzona tesaEquazione di n (σ = 0):xc·x / ρy² + yc·y / ρx² = − 1Intercette sugli assi:x0 = − ρy² / xcy0 = − ρx² / ycRettangolo b × h:x0 = − b² / (12·xc)y0 = − h² / (12·yc)n non passa per G ed è dal lato opposto a C(qui: xc = 30, yc = 90 mm → x0 ≈ −111, y0 ≈ −148 mm)
Rettangolo 200 × 400 mm con C(30; 90) mm: l’asse neutro n taglia la sezione e isola in alto a sinistra la zona tesa; l’ellisse centrale d’inerzia è tratteggiata
  • Non passa per G: l’equazione ha termine noto −1 e quindi, a differenza della flessione deviata di L3, l’asse neutro si trova a distanza finita dal baricentro, dal lato opposto a C
  • Intercette: x0 = −ρy²/xc sull’asse x e y0 = −ρx²/yc sull’asse y. Per il rettangolo x0 = −b²/(12·xc) e y0 = −h²/(12·yc). Congiungendo i due punti si traccia n
  • Casi particolari: con xc = 0 si ritrova la retta orizzontale y = −ρx²/yc di L4; con yc = 0 la retta verticale x = −ρy²/xc
  • Inclinazione: il coefficiente angolare di n è dy/dx = −(xc·ρx²) / (yc·ρy²). Non è, in generale, la direzione perpendicolare a GC (tavola 05)
  • Quando n è fuori dalla sezione: se nessun vertice cambia segno, cioè se tutti e quattro i valori ai vertici hanno σ < 0. Se anche un solo vertice è teso, n attraversa la sezione
Il collegamento con L3. Se la flessione domina (eccentricità grandi rispetto ai raggi d’inerzia) il termine 1 diventa trascurabile e l’equazione diventa xc·x/ρy² + yc·y/ρx² = 0, cioè y = −(Ix/Iy)·(xc/yc)·x. È l’asse neutro della flessione deviata di L3, con tan α = My/Mx = xc/yc. La compressione N sposta questa retta parallelamente a sé stessa, lontano da G.
05

La direzione dell’asse neutro e l’antipolarità

Con C fuori dagli assi, l’asse neutro e la retta GC non sono perpendicolari: lo diventano solo se l’ellisse d’inerzia è un cerchio.

La relazione di antipolarità tra C e n, già incontrata in L4, ha una lettura geometrica precisa. Si conduca la retta GC e si indichi con Q il punto in cui incontra l’ellisse centrale d’inerzia. L’asse neutro è parallelo alla tangente all’ellisse in Q: le due direzioni si dicono coniugate rispetto all’ellisse.

xyCGquadrato: l’ellisse è un cerchioangolo tra GC e n: 90°xyCGrettangolo 200 × 400angolo tra GC e n: 55°arancio tratteggiato: retta GC — giallo: asse neutro n — verde: tangente all’ellisse nel punto Q di GC
Quadrato (ellisse circolare): n è perpendicolare a GC. Rettangolo 200 × 400 mm con C(45; 60) mm: l’angolo tra GC e n è circa 55°
  • Quadrato e cerchio (Ix = Iy, ρx = ρy): l’ellisse è un cerchio, la tangente in Q è perpendicolare al raggio GQ e quindi n è perpendicolare a GC. La pressoflessione deviata si riduce a una retta nella direzione di GC, con eccentricità e = √(xc² + yc²) e le formule di L4
  • Rettangolo e sezioni con Ix ≠ Iy: n tende ad avvicinarsi all’asse rispetto a cui il momento d’inerzia è minore (l’asse debole). Nell’esempio GC ha inclinazione 53° da x, mentre n è inclinato di 55° rispetto a GC. Per queste sezioni non si può ridurre il problema a una pressoflessione retta con un’unica eccentricità
  • Se C si sposta lungo una retta, n ruota attorno a un punto fisso, l’antipolo di quella retta. È la proprietà che ha permesso di costruire il nocciolo (L4) e che qui serve per tracciarlo per sezioni qualsiasi (tavola 07)
Un’avvertenza pratica. Per il rettangolo non esiste una “eccentricità equivalente” e = √(xc² + yc²) da usare nella formula di L4: si userebbero tensioni sbagliate. Va sempre usata la formula a tre termini con xc e yc separati.
06

Il nocciolo del rettangolo e la regola della somma

C è nel nocciolo, e la sezione resta tutta compressa, quando |xc|/(b/6) + |yc|/(h/6) ≤ 1: una somma, non due condizioni separate.

Il vertice più sfavorevole è quello opposto a C (in alto a sinistra nei nostri disegni), dove la formula dei vertici dà σ = −(N/A)·(1 − 6|xc|/b − 6|yc|/h). Non c’è trazione se la parentesi è non negativa: 6|xc|/b + 6|yc|/h ≤ 1, cioè proprio la regola della somma. Con C sugli assi si ritrovano i semiassi b/6 e h/6 della losanga di L4.

xcyc1122ASBnocciolocoordinate normalizzate u = xc / (b/6), v = yc / (h/6)Condizione per il rettangolo| xc | / (b/6) + | yc | / (h/6) ≤ 1nocciolo: sezione tutta compressaun solo vertice teso (quello opposto a C)due vertici tesi: n taglia i lati oppostiA (0,4; 0,36): dentro, somma 0,76S (0,5; 0,5): sul bordo, somma 1,00B (0,8; 1,2): fuori, somma 2,00A e B sono i due casi dell’esempio svolto
Piano delle coordinate normalizzate u = xc/(b/6), v = yc/(h/6): dentro la losanga la sezione è tutta compressa, fuori compare trazione a uno o a due vertici
  • Il terzo medio non basta: la regola “C nel terzo medio” vale lungo ciascun asse, ma con eccentricità in due direzioni occorre rispettare la somma. Il punto S (0,5; 0,5) rispetta xc < b/6 e yc < h/6 ma è già sul bordo del nocciolo; il punto (0,8; 0,8) è ancora dentro i due terzi medi ed è fuori dalla losanga
  • Un vertice o due: appena fuori dalla losanga è teso solo il vertice opposto a C; se |xc| supera (b/6)·(1 + 6|yc|/h) sono tesi i due vertici di un lato e n taglia i due lati opposti (stessa cosa per yc)
  • Area del nocciolo: A/18, circa il 5,6% della sezione, come in L4. Con due eccentricità la zona ammessa è piccola e uscirne è facile

Il limite sull’eccentricità dipende anche dalla direzione di GC. Detto θ l’angolo tra GC e l’asse x, la distanza massima di C da G che mantiene la sezione compressa è e_lim = 1 / (cos θ /(b/6) + sin θ /(h/6)):

Direzione θ di GCQuadrato 40 × 40 cm: e_lim (mm)Rettangolo 30 × 50 cm: e_lim (mm)
0°66,750,0
15°54,444,6
30°48,842,9
45°47,144,2
60°48,849,0
90°66,783,3
La diagonale è la direzione peggiore. Nel quadrato 40 × 40 cm l’eccentricità limite è 66,7 mm sugli assi e solo 47,1 mm sulla diagonale: il 29% in meno. Una risultante che sembra sicura rispetto a ciascuna delle due componenti può uscire dal nocciolo.
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Il nocciolo delle altre sezioni

Per una sezione qualsiasi il nocciolo è il poligono (o la curva) i cui vertici sono gli antipoli dei lati dell’inviluppo convesso.

Il procedimento di L4, applicato lato per lato, funziona per qualunque sezione con assi principali noti. Come esempio, una sezione a T, simmetrica rispetto a y ma non rispetto a x: il nocciolo non è simmetrico, perché i due lembi sono a distanze diverse da G.

  • 1. Si calcolano G, gli assi principali e i raggi d’inerzia ρx² = Ix/A e ρy² = Iy/A (qui gli assi principali sono quelli di simmetria)
  • 2. Si disegna l’inviluppo convesso della sezione: l’insieme delle rette tangenti che ne delimitano l’ingombro. Le rientranze (qui tra ala e anima) non contano
  • 3. Per ogni lato dell’inviluppo si scrive la retta nella forma a·x + b·y = 1 (non passa per G). Il suo antipolo ha coordinate xc = −a·ρy² e yc = −b·ρx²
  • 4. Si uniscono gli antipoli in ordine: il poligono ottenuto è il nocciolo. Un lato del nocciolo corrisponde a un vertice dell’inviluppo
xyGSezione a T (ala 400 × 80, anima 100 × 320 mm)A = 640 cm², yG = 140 mm dal lembo sup.Ix = 930,1 ×10⁶ mm⁴, Iy = 453,3 ×10⁶ mm⁴ρx² = 14533 mm², ρy² = 7083 mm²Nocciolo (verde), 6 vertici = antipolidei 6 lati dell’inviluppo (tratteggio):verso il basso 103,8 mm (lato sup. a 140)verso l’alto 55,9 mm (lato inf. a 260)in orizzontale ±41,2 mmil nocciolo non è simmetrico rispetto a x:la sezione è asimmetrica in y
Sezione a T: l’inviluppo convesso (tratteggio) ha sei lati, quindi il nocciolo (verde) ha sei vertici
  • Valori: A = 640 cm², yG = 140 mm dal lembo superiore, Ix = 930,1 × 10⁶ mm⁴, Iy = 453,3 × 10⁶ mm⁴, ρx² = 14533 mm², ρy² = 7083 mm². Il lembo superiore dista 140 mm da G, quello inferiore 260 mm
  • Il lembo superiore (a 140 mm) dà l’antipolo verso il basso a ρx²/140 = 103,8 mm da G, il lembo inferiore (a 260 mm) quello verso l’alto a ρx²/260 = 55,9 mm. In orizzontale i lati verticali dell’ala (a 200 mm) danno ±ρy²/200 = ±35,4 mm; l’estensione massima in x (±41,2 mm) si ha ai vertici dei lati obliqui
  • Che cosa dice: una risultante con C verso l’ala (in alto) può avere eccentricità fino a 56 mm senza tendere l’anima; con C verso l’anima (in basso) fino a 104 mm. La T, con la massa concentrata in alto, tollera meglio i carichi verso l’anima
  • Il cerchio è il caso più semplice: il nocciolo è un cerchio di raggio d/8 in ogni direzione (L4), e la distinzione tra pressoflessione retta e deviata perde senso. Per la corona circolare il raggio è (R² + r²)/(4R)
Sezioni senza assi di simmetria (per esempio l’L) hanno assi principali ruotati rispetto ai lati: bisogna prima trovarli (cerchio di Mohr delle inerzie) e scrivere le coordinate dei punti negli assi principali. Il resto del procedimento non cambia.
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Esempio svolto: pilastro 30 × 50 cm con due eccentricità

Pilastro in calcestruzzo non armato, sezione 30 × 50 cm, N = 300 kN. Due posizioni di C: una nel nocciolo, una fuori.

xy−3,52−2,08−1,92−0,48CGCaso A: C(20; 30) mm — dentro il nocciolon fuori dalla sezione: x0 = −375, y0 = −694 mmσ tutte negative (compressione)xyn−6,00−1,20−2,80+2,00CGCaso B: C(40; 100) mm — fuori dal nocciolon taglia i lati in (−150; −42) e (38; −250) mmangolo in alto a sinistra teso: +2,00 MPavalori in MPa — N/A = 2,00 MPa — losanga verde: nocciolo (semidiagonali 50 e 83,3 mm)
Valori della tensione ai quattro vertici (MPa) nei due casi; l’asse neutro del caso B è in giallo e la zona tesa in arancio
Dati (inventati a scopo didattico)

Sezione b = 30 cm (lungo x), h = 50 cm (lungo y), forza N = 300 kN. Caso A: C(xc; yc) = (2 cm; 3 cm). Caso B: C = (4 cm; 10 cm). Calcolare le tensioni ai vertici, le intercette di n e verificare la posizione di C rispetto al nocciolo.

  • Passo 1 — Geometria. A = 300 × 500 = 150 000 mm²; N/A = 2,00 MPa; ρy² = b²/12 = 7500 mm²; ρx² = h²/12 = 20833 mm². Semiassi del nocciolo: b/6 = 50 mm, h/6 = 83,3 mm
  • Passo 2 — Caso A, nocciolo. xc/(b/6) + yc/(h/6) = 20/50 + 30/83,3 = 0,40 + 0,36 = 0,76 < 1: C è dentro il nocciolo
  • Passo 3 — Caso A, vertici. 6xc/b = 0,40 e 6yc/h = 0,36. In basso a destra σ = −2,00·(1 + 0,40 + 0,36) = −3,52 MPa; in alto a destra −2,00·(1 + 0,40 − 0,36) = −2,08; in basso a sinistra −2,00·(1 − 0,40 + 0,36) = −1,92; in alto a sinistra −2,00·(1 − 0,40 − 0,36) = −0,48 MPa. Sono tutte negative: tutta compressa
  • Passo 4 — Caso A, asse neutro. x0 = −7500/20 = −375 mm, y0 = −20 833/30 = −694 mm: entrambe le intercette cadono oltre i lembi (±150 e ±250 mm), n è fuori dalla sezione, in accordo con i segni
  • Passo 5 — Caso B, nocciolo. 40/50 + 100/83,3 = 0,80 + 1,20 = 2,00 > 1: C è fuori dal nocciolo (xc = 40 mm sta ancora sotto b/6 = 50 mm, ma yc = 100 mm supera h/6 = 83,3 mm)
  • Passo 6 — Caso B, vertici. 6xc/b = 0,80 e 6yc/h = 1,20: in basso a destra −2,00·3,00 = −6,00 MPa; in alto a destra −2,00·(1 + 0,80 − 1,20) = −1,20; in basso a sinistra −2,00·(1 − 0,80 + 1,20) = −2,80; in alto a sinistra −2,00·(1 − 0,80 − 1,20) = +2,00 MPa (trazione)
  • Passo 7 — Caso B, asse neutro. x0 = −7500/40 = −187,5 mm (fuori dal lembo, |x0| > 150) e y0 = −20 833/100 = −208,3 mm (dentro, |y0| < 250). Sul lato x = −150 mm n incontra la sezione in y = −41,7 mm; sul lato y = −250 mm in x = 37,5 mm
  • Passo 8 — Zona tesa. È il triangolo d’angolo in alto a sinistra con cateti 187,5 mm e 208,3 mm: area ½ · 187,5 · 208,3 ≈ 19531 mm², il 13,0% della sezione
  • Passo 9 — Controllo. Per i vertici opposti: −6,00 + 2,00 = −4,00 e −1,20 + −2,80 = −4,00, entrambe uguali a −2N/A = −4,00 MPa
Che cosa insegna l’esempio. Nel caso B l’eccentricità sull’asse x (40 mm) è sotto il suo limite b/6 = 50 mm, mentre quella sull’asse y (100 mm) supera h/6 = 83,3 mm. Basta anche una sola componente fuori limite perché n entri nella sezione; in generale la somma delle due componenti normalizzate decide. Un calcestruzzo non armato non può contare sulla trazione di 2,00 MPa: la tavola successiva mostra come si ricalcola la sezione.
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Sezione non reagente a trazione: il triangolo di compressione

Se C è fuori dal nocciolo e il materiale non resiste a trazione, la parte tesa non lavora: la zona compressa è un triangolo d’angolo se n taglia due lati adiacenti.

Dalla parte di C la zona compressa è un triangolo con vertice nello spigolo della sezione più vicino a C. Siano u e v le distanze di C dai due lati di quello spigolo (u = b/2 − |xc|, v = h/2 − |yc|). Le tensioni crescono linearmente dall’asse neutro (σ = 0) allo spigolo (σmax): il solido delle tensioni è un tetraedro, con tre spigoli ortogonali di lunghezze a, c e σmax.

nxyCGuva = 4uc = 4vacσmaxverticeIl solido delle tensioni è un tetraedro(volume = σmax·a·c / 6)baricentro del tetraedro: a 1/4 di ciascun cateto⇒ C è a (a/4; c/4) dallo spigolo, cioè a = 4u, c = 4v
Zona compressa triangolare con cateti a e c, centro di pressione C, e solido delle tensioni (tetraedro)

Il baricentro di un tetraedro con tre spigoli ortogonali sta a 1/4 di ciascuno spigolo. La risultante delle compressioni passa per il baricentro del solido e deve coincidere con C, quindi i cateti sono il quadruplo delle distanze di C dai lati:

a = 4u
c = 4v

L’equilibrio alla traslazione impone che il volume del solido (σmax·a·c/6) sia uguale a N, da cui:

σmax = 6N / (a·c) = 3N / (8·u·v)
  • Condizioni di validità: a ≤ b e c ≤ h, cioè 4u ≤ b e 4v ≤ h. Solo allora n taglia i due lati adiacenti e la zona compressa è davvero un triangolo
  • Se una condizione non è soddisfatta, la zona compressa è un trapezio (n taglia due lati opposti) o un pentagono (n taglia due lati adiacenti ma lascia compressi tre vertici): il sistema per trovare n non ha soluzione in forma chiusa semplice e si risolve per tentativi, con gli abachi o con un foglio di calcolo
  • Il caso retto di L4 (C su un asse) è un altro caso particolare: n è parallelo a un lato, la zona compressa è una fascia rettangolare di larghezza b e profondità 3u, e il solido è un prisma triangolare con σmax = 2N/(3·b·u)
  • Per C vicino allo spigolo (u e v piccoli) σmax cresce senza limite. In pratica la resistenza a compressione della muratura o del calcestruzzo limita la posizione ammissibile di C molto prima
Attenzione alle norme. Per muratura e calcestruzzo non armato le NTC 2018 e le istruzioni collegate fissano limiti all’eccentricità e richiedono di considerare snellezza, fessurazione e resistenza ridotta della zona compressa: i valori vanno verificati sul testo vigente. Il triangolo è un modello di equilibrio, non una verifica normativa.
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Esempio svolto: pilastro 80 × 120 cm non reagente a trazione

Pila in muratura (o calcestruzzo non armato) di sezione 80 × 120 cm, N = 300 kN, C lontano dagli assi.

nxyCGPilastro 800 × 1200 mm, N = 300 kNC(250; 380) mm → u = 150 mm, v = 220 mmNocciolo: 133,3 e 200 mm250 / 133,3 + 380 / 200 = 3,77 > 1 → fuoriSezione reagente (elastica):−1,49 · −0,30 · −0,32 · +0,87 MPa(trazione di 0,87 MPa nell’angolo opposto)Sezione non reagente (triangolo):a = 4u = 600 mm, c = 4v = 880 mmσmax = 3N / (8·u·v) = 3,41 MPan taglia i lati in (400; −280) e (−200; 600) mm
Zona compressa triangolare nell’angolo vicino a C; l’asse neutro n incontra i lati in (400; −280) mm e (−200; 600) mm
Dati (inventati a scopo didattico)

Sezione b = 80 cm (lungo x), h = 120 cm (lungo y), N = 300 kN, C(xc; yc) = (25 cm; 38 cm). Verificare la posizione di C rispetto al nocciolo, calcolare la tensione ai vertici con sezione reagente e la σmax con sezione non reagente a trazione.

  • Passo 1 — Geometria. A = 800 × 1200 = 960 000 mm²; N/A = 0,3125 MPa. Semiassi del nocciolo: b/6 = 133,3 mm, h/6 = 200 mm
  • Passo 2 — Nocciolo. 250/133,3 + 380/200 = 1,875 + 1,900 = 3,77 > 1: C è molto fuori dal nocciolo (ciascuna componente supera da sola il proprio limite)
  • Passo 3 — Sezione reagente (solo come confronto). 6xc/b = 1,875 e 6yc/h = 1,900: in basso a destra σ = −1,49 MPa; in alto a destra −0,30; in basso a sinistra −0,32; in alto a sinistra +0,87 MPa. C’è una trazione che muratura e calcestruzzo non armato non possono assorbire
  • Passo 4 — Distanze di C dai lati. u = b/2 − xc = 400 − 250 = 150 mm, v = h/2 − yc = 600 − 380 = 220 mm
  • Passo 5 — Validità del triangolo. a = 4u = 600 mm ≤ b = 800 mm e c = 4v = 880 mm ≤ h = 1200 mm: il modello è applicabile; n incontra il lato x = +400 mm in y = 600 − 880 = −280 mm e il lato y = +600 mm in x = 400 − 600 = −200 mm
  • Passo 6 — Tensione massima. σmax = 3N/(8·u·v) = 3 × 300 000 / (8 × 150 × 220) = 3,41 MPa. Controllo: il volume del solido è σmax·a·c/6 = 3,4091 × 600 × 880 / 6 = 300000 N ≈ N
  • Passo 7 — Confronto. La massima compressione elastica sarebbe 1,49 MPa; con la sezione non reagente sale a 3,41 MPa, circa 2,3 volte tanto. Il triangolo è tutto compresso e occupa solo 27,5% dell’area della sezione (½·600·880 = 264 000 mm²)
Che cosa insegna l’esempio. Con C fuori dal nocciolo la sezione perde più della metà dell’area resistente e la tensione massima più che raddoppia rispetto al calcolo elastico. Per questo i progettisti cercano di tenere la risultante dentro il nocciolo o, almeno, nel terzo medio lungo ciascun asse.
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Applicazione: il plinto di fondazione

Il terreno non resiste a trazione: un plinto con la risultante fuori dal nocciolo si stacca dal terreno in una zona dell’impronta. La regola della somma è il primo controllo.

330150150−30xyNGPlinto 2,00 × 3,00 m6ex/B + 6ey/L = 1,20 > 1angolo scaricato: −30 kPa (trazione)208,3104,2104,20xyNGPlinto 2,40 × 3,60 m6ex/B + 6ey/L = 1,00 = 1angolo a pressione nulla: limite del nocciolopressioni di contatto in kPa, compressione positiva — N = 900 kN, ex = 0,20 m, ey = 0,30 m — losanga verde: nocciolo
Pressioni di contatto agli angoli (kPa) per due plinti con la stessa risultante eccentrica
Dati (inventati a scopo didattico)

Un plinto B × L = 2,00 × 3,00 m (B lungo x, L lungo y) trasmette al terreno N = 900 kN (peso del plinto compreso) con eccentricità ex = 0,20 m (nella direzione di B) ed ey = 0,30 m (nella direzione di L). Verificare la risultante rispetto al nocciolo e calcolare le pressioni agli angoli.

  • Passo 1 — Ciascuna componente rispetto al proprio terzo medio. B/6 = 0,333 m > ex = 0,20 m e L/6 = 0,50 m > ey = 0,30 m: sembra tutto in ordine
  • Passo 2 — Regola della somma. 6ex/B + 6ey/L = 0,60 + 0,60 = 1,20 > 1: la risultante è fuori dal nocciolo
  • Passo 3 — Pressioni agli angoli. N/A = 900/6,00 = 150 kPa. Angoli: 150 · (1 + 0,60 + 0,60) = 330; 150 · (1 + 0,60 − 0,60) = 150; 150 · (1 − 0,60 + 0,60) = 150; 150 · (1 − 0,60 − 0,60) = −30 kPa (trazione: il terreno non la trasmette)
  • Passo 4 — Che cosa fare. Allargare il plinto. Con B × L = 2,40 × 3,60 m la somma è 6·0,20/2,40 + 6·0,30/3,60 = 0,50 + 0,50 = 1,00: la risultante cade sul bordo del nocciolo. Con N/A = 900/8,64 = 104,2 kPa: angoli 208,3, 104,2, 104,2 e 0 kPa. La pressione massima è 2N/A = 208,3 kPa
  • Passo 5 — Nota sul peso. Un plinto più grande pesa di più e N aumenta: nella pratica si ricalcola con il nuovo peso. Qui N è tenuto costante per isolare l’effetto della geometria
Attenzione. La distribuzione lineare delle pressioni è un modello elastico di riferimento. La verifica di capacità portante secondo l’Eurocodice 7 e le NTC 2018 usa di norma le dimensioni ridotte dell’area efficace (B’ = B − 2·ex, L’ = L − 2·ey: qui 1,60 × 2,40 m per il primo plinto): i dettagli, i coefficienti e le combinazioni vanno verificati sul testo vigente. Questa lezione si occupa soltanto del controllo geometrico sul nocciolo.
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Schema operativo per un problema di pressoflessione deviata

Sette passi, nell’ordine, per risolvere qualunque problema di questo tipo senza dimenticare controlli.

  • 1. Dati e assi. Disegnare la sezione con gli assi principali, N e il punto C(xc; yc) con i segni. Se si hanno N, Mx e My: xc = My/N, yc = Mx/N
  • 2. Caratteristiche geometriche. A, Ix, Iy, ρx² = Ix/A e ρy² = Iy/A (per il rettangolo b²/12 e h²/12)
  • 3. Posizione di C. Calcolare |xc|/(b/6) + |yc|/(h/6) (per altre sezioni usare il nocciolo costruito con gli antipoli). Se ≤ 1 la sezione è tutta compressa
  • 4. Tensioni ai vertici. Con la formula a tre termini; verificare che la somma dei vertici opposti sia −2N/A
  • 5. Asse neutro. Intercette x0 = −ρy²/xc e y0 = −ρx²/yc, e punti in cui n incontra i lati. Se tutti i vertici sono compressi n è fuori dalla sezione
  • 6. Materiale non reagente. Se compare trazione e il materiale non la sopporta: controllare 4u ≤ b e 4v ≤ h; se vale, σmax = 3N/(8uv); altrimenti calcolo per tentativi o con un programma
  • 7. Verifica finale. Confrontare σmax con la resistenza di calcolo del materiale (L1 e H1), con i limiti di eccentricità delle norme vigenti (da verificare sul testo)
Un controllo che non fallisce. Se il risultato non rispetta l’equilibrio con N, qualcosa è sbagliato: la risultante delle tensioni deve essere N e passare per C. Nel caso elastico basta la media dei vertici (−N/A); nel caso del triangolo, il volume σmax·a·c/6 = N.
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Autovalutazione

Quattro problemi per verificare la comprensione degli argomenti della lezione. Dati inventati a scopo didattico.

Problema 1

Pilastro quadrato 40 × 40 cm, N = 400 kN con C(xc; yc) = (5 cm; 5 cm). Verificare se C è nel nocciolo con la regola della somma (e con i terzi medi separati), calcolare le tensioni ai quattro vertici e dire in quali punti n taglia i lati.

Problema 2

Pilastro circolare d = 50 cm, N = 500 kN, C(xc; yc) = (3 cm; 4 cm). Calcolare l’eccentricità, il raggio del nocciolo, le tensioni massima e minima lungo il diametro passante per C e la distanza di n da G. Che direzione ha n rispetto a GC? Quale sarebbe σmax con C sul bordo del nocciolo?

Problema 3

Pila 80 × 100 cm in muratura, N = 250 kN, C(xc; yc) = (22 cm; 30 cm). Verificare la posizione rispetto al nocciolo, controllare le condizioni 4u ≤ b e 4v ≤ h e calcolare σmax con la sezione non reagente a trazione. Confrontare con il valore elastico del vertice più compresso.

Problema 4

Plinto 2,00 × 2,80 m, N = 600 kN, ex = 0,25 m lungo B ed ey = 0,20 m lungo L. Verificare con la regola della somma, calcolare le pressioni agli angoli e determinare la larghezza minima B (con L fissata) per cui la risultante cade nel nocciolo, tenendo N costante.

Risultati per il controllo

  • Problema 1. Terzi medi: 50 mm < 66,7 mm, entrambi rispettati; somma = 0,75 + 0,75 = 1,50 > 1, quindi fuori dal nocciolo. N/A = 2,50 MPa; vertici: −6,25, −2,50, −2,50, +1,25 MPa. n taglia i lati in (−200; −66,7) mm e (−66,7; −200) mm (intercette −266,7 mm)
  • Problema 2. e = 50 mm; raggio del nocciolo d/8 = 62,5 mm (dentro). N/A = 2,55 MPa; σ = −N/A·(1 ± 8e/d) = −4,58 e −0,51 MPa; distanza di n da G: ρ²/e = 15 625/50 = 312,5 mm (oltre il raggio 250 mm, fuori); n è perpendicolare a GC (ellisse circolare). Con C sul bordo del nocciolo σmax = 2N/A = 5,09 MPa
  • Problema 3. Semiassi del nocciolo 133,3 e 166,7 mm; 220/133,3 + 300/166,7 = 3,45 > 1. u = 180 mm, v = 200 mm; 4u = 720 mm ≤ 800 mm e 4v = 800 mm ≤ 1000 mm: il triangolo è applicabile. σmax = 3N/(8uv) = 2,60 MPa; il vertice più compresso nel calcolo elastico vale 1,39 MPa (con trazione di +0,77 MPa in alto a sinistra)
  • Problema 4. Somma = 6·0,25/2,00 + 6·0,20/2,80 = 0,75 + 0,43 = 1,18 > 1. N/A = 107,1 kPa; angoli 233,4, 141,6, 72,7 e −19,1 kPa (l’ultimo è trazione). Larghezza minima: 6·0,25/B ≤ 1 − 0,43, quindi B ≥ 2,63 m
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Riepilogo dei concetti chiave

  • La pressoflessione deviata è la compressione con N applicata in C(xc; yc) fuori dagli assi principali. È equivalente a N in G più Mx = N·yc e My = N·xc
  • σ = −N/A − N·yc·y/Ix − N·xc·x/Iy = −(N/A)·(1 + yc·y/ρx² + xc·x/ρy²); per il rettangolo ai vertici σ = −(N/A)(1 ± 6xc/b ± 6yc/h)
  • Il solido delle tensioni è un piano: la media dei vertici è −N/A e per i vertici opposti σ + σ = −2N/A
  • Asse neutro: xc·x/ρy² + yc·y/ρx² = −1; intercette x0 = −ρy²/xc e y0 = −ρx²/yc. Non passa per G; con N trascurabile tende all’asse neutro di L3
  • Direzione di n: parallela alla tangente all’ellisse d’inerzia nel punto in cui GC la incontra; perpendicolare a GC solo se l’ellisse è un cerchio (quadrato, cerchio)
  • Regola della somma: il rettangolo non è teso se |xc|/(b/6) + |yc|/(h/6) ≤ 1; il terzo medio lungo ciascun asse non basta. La direzione più sfavorevole è la diagonale
  • Nocciolo di una sezione qualsiasi: poligono degli antipoli dei lati dell’inviluppo convesso, xc = −a·ρy² e yc = −b·ρx² per la retta a·x + b·y = 1
  • Sezione non reagente (n taglia due lati adiacenti, 4u ≤ b e 4v ≤ h): zona compressa triangolare con cateti 4u e 4v, σmax = 3N/(8·u·v)
  • Plinto: pressioni agli angoli N/A·(1 ± 6ex/B ± 6ey/L); se la somma 6ex/B + 6ey/L supera 1 un angolo è scaricato