Tensioni Tangenziali e Formula di Jourawski
1.2 L6 — Le Tensioni Tangenziali e la Formula di Jourawski

Tensioni Tangenziali e Formula di Jourawski

Come il taglio sollecita la sezione: la tensione tangenziale media, lo scorrimento, il principio di reciprocità, la formula di Jourawski e il diagramma parabolico della sezione rettangolare.

Materia — Progettazione, Costruzione e Impianti Indirizzo — CAT, Costruzioni Ambiente e Territorio Durata — 3 ore
τmaxVtensioni tangenziali da taglionulle ai lembi, massime in Gτ = V·S / (I·b)sezione rettangolarediagramma parabolicoτmax = 1,5 · V/A
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Dopo le tensioni normali, quelle tangenziali

Finora abbiamo studiato le tensioni σ, perpendicolari alla sezione, generate dalla forza normale e dal momento (L1-L5). Il taglio V produce un altro tipo di tensione: la tensione tangenziale τ.

Quasi mai un elemento inflesso è sollecitato dal solo momento: dove il momento cambia da una sezione all’altra c’è anche il taglio, perché dM/dx = V (G1). In una trave appoggiata con carico uniforme il taglio è massimo proprio agli appoggi, dove il momento è nullo: lì le τ sono la sollecitazione che comanda. Per questo si dimensionano gli appoggi e si verificano le giunzioni (chiodi, bulloni, saldature, colle) con le tensioni tangenziali.

Che cosa vedremo. Le caratteristiche delle τ, la tensione tangenziale media, lo scorrimento e le tensioni di scorrimento, il principio di reciprocità, la variazione di τ lungo la sezione, la formula di Jourawski e il suo andamento parabolico nella sezione rettangolare. Due esempi (trave in legno e trave composta chiodata), il confronto con altre sezioni e cinque problemi. La formula era già comparsa in sintesi in G3 (tavole 12-17): qui è ricavata passo per passo.
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Le caratteristiche delle tensioni tangenziali

La tensione tangenziale giace nel piano della sezione: è parallela alla sezione, non perpendicolare come σ. Non allunga le fibre, le fa scorrere una sull’altra.

σσdAtensione normale σperpendicolare alla sezioneallunga o accorcia la fibraττττtensione tangenziale τnel piano della sezionefa scorrere uno strato sull’altro≠
A sinistra la tensione normale σ, perpendicolare alle facce; a destra la tensione tangenziale τ, parallela alle facce, che deforma l’elemento in un parallelogramma
CaratteristicaTensione normale σTensione tangenziale τ
Direzioneperpendicolare alla sezionenel piano della sezione (tangente)
Da quali azioniforza normale N e momento Mtaglio V (e momento torcente, G3)
Effetto sul materialeallunga o accorcia la fibra (ε)fa scorrere uno strato sull’altro, distorce l’angolo (γ)
Legge elasticaσ = E · ετ = G · γ
UnitàMPa = N/mm²MPa = N/mm²
Andamento da flessione e tagliolineare, massima ai lembinon lineare, nulla ai lembi, massima verso G (rettangolo)
  • Risultante: la somma delle τ su tutta la sezione, ∫τ dA, è il taglio V. Per le σ la somma è invece la forza normale N
  • Verso: le τ di una sezione hanno lo stesso verso del taglio V. In tutta la lezione si lavora con i valori assoluti, perché ci interessa quanto vale τ e non il segno
  • Unità: come per σ, 1 MPa = 1 N/mm² = 1000 kPa. Con V in N e le lunghezze in mm si ottiene τ direttamente in MPa
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La tensione tangenziale media

Il modo più semplice di ripartire il taglio è supporre che τ sia la stessa in ogni punto: la tensione tangenziale media è il taglio diviso per l’area, τm = V/A.

τm = V / A
τm = V/AAipotesi: τ uniforme(è solo una media)τmax= 1,5 τmτmdistribuzione reale(stessa risultante V)→
A sinistra la tensione media uniforme; a destra la distribuzione reale (parabola) con la stessa risultante V: il valore massimo è 1,5 volte la media

Con V = 20 kN su una sezione rettangolare 120 × 240 mm (A = 28 800 mm²) si ottiene τm = 20 000 / 28 800 = 0,69 MPa. È un valore comodo, ma è una media: la risultante ∫τ dA = V è giusta, la distribuzione no. Vedremo che nel rettangolo la tensione in G vale 1,5 volte la media.

  • A cosa serve: per una stima rapida dell’ordine di grandezza e per verificare, a colpo d’occhio, un risultato più preciso (τmax non può essere minore di τm)
  • Quando è accettabile: nei profilati a doppio T quasi tutto il taglio passa nell’anima e le τ lì sono quasi uniformi: si usa τ ≈ V/Aw con Aw area dell’anima (tavola 12). Per un rettangolo, invece, usare τm significa sottostimare del 33% il valore massimo
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Lo scorrimento e le tensioni di scorrimento

Una tensione tangenziale non cambia la lunghezza di un’elemento ma ne distorce gli angoli. L’angolo di cui un angolo retto si deforma è lo scorrimento γ.

τδγhscorrimento angolare γγ = δ/h (piccoli angoli)τ = G · γδestremità di una trave inflessasenza collegamentoogni travetto ruota da solo:W dimezzato, rigidezza ÷ 4τla sezione resta pianacon collegamentole τ longitudinali impedisconolo scorrimento: la trave è unica
A sinistra l’elemento con lo scorrimento γ; al centro e a destra l’estremità di una trave di due travetti sovrapposti: non collegati (scalino δ) e collegati (sezione piana)
γ = δ / h
τ = G · γ
G = E / (2·(1 + ν))

Per gli angoli piccoli γ (in radianti) è lo spostamento relativo δ delle due facce diviso la loro distanza h. La legge di Hooke per il taglio ha la stessa forma di quella normale, con il modulo di elasticità tangenziale G al posto di E; per i materiali isotropi G dipende da E e dal coefficiente di Poisson ν (L1).

MaterialeE (MPa)νG (MPa)
Acciaio da costruzione≈ 210 000≈ 0,3≈ 81 000
Calcestruzzo≈ 30 000≈ 0,2≈ 12 500
Legno (conifera, ordine di grandezza)≈ 11 000—≈ 700 (circa E/16)
Valori indicativi. I valori di E, ν e G cambiano con la classe del materiale e con le norme; per il legno G è molto basso rispetto a E (materiale anisotropo, H2) e vanno usati i dati del produttore o della norma vigente.

Le tensioni di scorrimento sono le τ che agiscono sui piani longitudinali di una trave inflessa e che impediscono a strati sovrapposti di scorrere l’uno sull’altro. Si pensi a due travetti 100 × 50 mm appoggiati uno sull’altro (altezza totale 100 mm): se non sono collegati, ciascuno si inflette per conto suo e le estremità si sfalsano (scalino δ della figura). Se sono incollati o chiodati la trave è una sola, 100 × 100 mm, e rispetto ai due travetti separati la resistenza a flessione raddoppia (W = 166 667 mm³ invece di 83 333) e la rigidezza quadruplica (I = 8,33·10⁶ mm⁴ invece di 2,08·10⁶).

Il prezzo da pagare: il collegamento deve trasmettere una forza nell’interfaccia. Nell’esempio, con V = 10 kN si trova (con la formula della tavola 07) τ = 1,5 MPa sulla superficie di contatto, cioè una forza di 150 N per ogni millimetro di lunghezza della trave. Se la colla o i chiodi non reggono quel valore, la trave si comporta come due travetti separati.
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Il principio di reciprocità

In ogni punto le tensioni tangenziali su due piani perpendicolari tra loro sono uguali e convergono (o divergono) in due spigoli opposti dell’elemento: τ = τ’.

τττ’τ’dxdyle frecce convergono in due angoli oppostiequilibrio alla rotazione:τ·dy·dz·dx = τ’·dx·dz·dyτ = τ’lembo superiore: superficie liberaτ = 0sul lemboτ ≠ 0 in Gtrave vista di lato: sul lembo la τ orizzontale è nulla, quindi lo è anche la τ verticale
A sinistra l’elemento infinitesimo con le quattro τ; a destra una trave vista di lato: sul lembo libero le τ sono nulle

Si isola un elementino di lati dx, dy e spessore dz. Sulle facce verticali agisce τ, sulle orizzontali τ’. Le forze sono τ·dy·dz (facce verticali) e τ’·dx·dz (facce orizzontali). Le due forze di ogni coppia sono uguali e opposte: l’equilibrio alla traslazione è già soddisfatto. Resta l’equilibrio alla rotazione: le due forze verticali formano una coppia di momento τ·dy·dz·dx, le due orizzontali una coppia opposta di momento τ’·dx·dz·dy. Uguagliando i due momenti, dx·dy·dz si semplifica e resta τ = τ’.

  • Sezione e piano longitudinale: la τ verticale che agisce sulla sezione è uguale alla τ orizzontale che agisce sul piano longitudinale che passa per lo stesso punto. È il legame tra le τ di taglio e le tensioni di scorrimento della tavola 04
  • Lembi liberi: sul lembo superiore o inferiore di una trave non ci sono carichi tangenziali, quindi sul piano orizzontale del lembo τ’ = 0. Per reciprocità è nulla anche la τ verticale sulla sezione in quel punto: ai lembi il diagramma di τ si annulla
  • Spigoli: per lo stesso motivo nei vertici di una sezione rettangolare le τ sono nulle: la τ di torsione di G3 si annulla agli spigoli
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Perché le tensioni tangenziali variano lungo la sezione

Le τ non sono uniformi perché dipendono da quanta parte di sezione sta “sopra” il punto considerato: la parte che deve trasferire la sua variazione di forza normale al resto della trave.

xM, σM + dM, σ + dσA* (parte sopra la corda)Tcorda bydxNN + dNT = τ · b · dxparte A* isolataequilibrio: N + T = N + dNT = dNdM = V·dx e dσ = dM·y/I
Concio di trave di lunghezza dx. Le tensioni σ sulle due facce differiscono per il momento che cresce da M a M + dM; la parte A* sopra la corda è tenuta in equilibrio dalla forza T

Si isola un concio di lunghezza dx, tra due sezioni con momenti M e M + dM, e lo si taglia con una corda parallela all’asse neutro, alla quota y, di larghezza b. Sia A* la parte di sezione al di là della corda (nella figura quella superiore) e S il suo momento statico rispetto all’asse neutro: S = ∫ y’ dA, esteso ad A*.

  • Forza sulle due facce. Per la formula di Navier (L2) σ = M·y’/I. La risultante su A* vale N = (M/I)·∫y’ dA = M·S/I sulla faccia di sinistra e N + dN = (M + dM)·S/I su quella di destra. La differenza è dN = dM·S/I
  • Equilibrio della parte A*. Le due forze normali non si equilibrano: la differenza dN deve essere trasmessa dalla parte di sezione sottostante attraverso la corda, con una forza tangenziale T = τ·b·dx (la τ agisce sulla superficie b·dx del taglio). Quindi τ·b·dx = dM·S/I
  • Si sostituisce dM = V·dx (G1) e si semplifica dx: ne esce la formula di Jourawski della tavola successiva. Il risultato dipende dalla quota y solo attraverso S(y) e b(y)
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La formula di Jourawski

Dalla condizione di equilibrio del concio si ottiene la formula di Jourawski per la tensione tangenziale alla quota y.

τ(y) = V · S(y) / ( I · b(y) )
SimboloSignificatoUnità tipiche
Vtaglio nella sezione (G1)N
S(y)momento statico, rispetto all’asse neutro, della parte di sezione al di là della corda alla quota y (E1)mm³
Imomento d’inerzia dell’intera sezione rispetto all’asse neutro (E2)mm⁴
b(y)larghezza della sezione sulla corda alla quota ymm
τ(y)tensione tangenziale sulla corda (e, per reciprocità, sul piano longitudinale)MPa

Controllo delle unità: N·mm³ / (mm⁴·mm) = N/mm² = MPa. Il prodotto q = τ·b = V·S/I è il flusso di taglio: la forza per unità di lunghezza che passa attraverso la corda, in N/mm. Serve per dimensionare le giunzioni (tavola 11).

Quale parte di sezione? Si può prendere indifferentemente la parte sopra o sotto la corda: il momento statico dell’intera sezione rispetto al baricentro è nullo, quindi le due parti hanno lo stesso S in valore assoluto. Conviene prendere la più semplice.
Ipotesi di Jourawski. Sezione con asse di simmetria nel piano di carico; τ costante lungo la corda e diretta come V; materiale elastico lineare; trave snella e di sezione costante nel concio. Sono le ipotesi di L2 più l’uniformità di τ sulla corda, che è un’approssimazione (tavola 13).
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Il momento statico S(y) nel rettangolo

Nella sezione rettangolare b × h la parte sopra la corda è un rettangolo di altezza (h/2 − y) e baricentro a (h/2 + y)/2 dall’asse neutro: il momento statico è un’espressione semplice, parabolica in y.

xG*h/2 − yybraccio = (h/2 + y)/2bsezione b × hS(y)Smax = b·h²/8S = 0S = 0S(y) = (b/2)·(h²/4 − y²)diagramma di S: parabola, nulla ai lembi
A sinistra la parte A* sopra la corda alla quota y; a destra il diagramma di S(y): parabola, nulla ai lembi e massima in G
S(y) = b·(h/2 − y)·(h/2 + y)/2 = (b/2)·(h²/4 − y²)
  • Ai lembi (y = ±h/2) la parte oltre la corda ha area zero e quindi S = 0
  • In G (y = 0) S è massimo: Smax = b·h²/8, la metà del momento statico dell’intera mezza sezione
  • La corda b è costante per il rettangolo: tutta la variazione di τ viene da S(y). Per la sezione a T o a doppio T anche b cambia con y e τ presenta dei salti (tavola 11)
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L’andamento nella sezione rettangolare

Sostituendo S(y) e I = b·h³/12 nella formula di Jourawski la τ nel rettangolo risulta una parabola: nulla ai lembi, massima in G, con τmax = 1,5·V/A.

τ(y) = V·(b/2)·(h²/4 − y²) / ((b·h³/12)·b) = 1,5 · (V/A) · (1 − 4y²/h²)
τm = V/A1,50 τm1,44 τm+0,1 h1,26 τm+0,2 h0,96 τm+0,3 h0,54 τm+0,4 h0,00 τmy = 0+0,5 h−0,5 hτ/τm lungo l’altezzacompressionetrazioneσ = 0 in Gper confronto: σ (Navier)massima ai lembi, nulla in Gτ(y) = 1,5 · (V/A) · (1 − 4y²/h²)
Rettangolo: diagramma parabolico di τ con i valori di τ/τm a varie quote; a destra, per confronto, il diagramma lineare di σ (Navier)
Quota y (dall’asse neutro)τ / τmCommento
0 (baricentro)1,50massimo: τmax = 1,5·V/A
±0,1 h1,44il 96% del massimo
±0,2 h1,26
±0,25 h (metà altezza della mezza sezione)1,125il 75% del massimo
±0,3 h0,96quasi uguale alla media
±0,4 h0,54
±0,5 h (lembi)0,00nulla, per reciprocità
  • Il fattore 1,5 è il rapporto tra il massimo e il valore medio di una parabola: il diagramma di τ ha la stessa area (la stessa risultante V) del rettangolo di altezza τm
  • Complementarità con σ: la tensione normale è massima ai lembi e nulla in G, la tangenziale è nulla ai lembi e massima in G. I due massimi non cadono mai nello stesso punto
  • Un controllo che non fallisce: la somma delle τ sulla sezione, ∫τ·b·dy, deve dare V. Nel rettangolo è (2/3)·τmax·A = V
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Esempio 1: trave in legno appoggiata

Trave in legno 120 × 240 mm, luce L = 4,00 m, carico uniforme q = 10 kN/m (peso proprio compreso, dato didattico). Si calcolano le τ nella sezione di appoggio e si confrontano con le σ di mezzeria.

q = 10 kN/mL = 4,00 m+20−20taglio V [kN]Mmax = 20 kN·mmomento M1,040,980,780,46MPab = 120 mmh = 240 mmτ(y) nella sezione di appoggioτmax = 1,04 MPa (τm = 0,69 MPa)
Trave appoggiata con carico uniforme, diagrammi di V e M, e distribuzione delle τ nella sezione di appoggio
PassoCalcoloRisultato
Taglio massimo (appoggi)V = q·L/2 = 10·4/220 kN
Area e inerziaA = 120·240; I = 120·240³/1228 800 mm²; 138,24·10⁶ mm⁴
Tensione mediaτm = 20 000/28 8000,69 MPa
Massimo in Gτmax = 1,5·τm (o V·S/(I·b) con S = 864 000 mm³)1,04 MPa
A 60 mm da GS = 60·(120² − 60²) = 648 000 mm³ → τ = V·S/(I·b)0,78 MPa
A 90 mm da GS = 60·(120² − 90²) = 378 000 mm³0,46 MPa
Ai lembi (±120 mm)S = 00
Per confronto: σ di mezzeriaMmax = qL²/8 = 20 kN·m; W = b·h²/6 = 1,152·10⁶ mm³; σ = M/W17,4 MPa
Quanto conta il taglio? Per la trave rettangolare appoggiata con carico uniforme il rapporto è τmax/σmax = h/L. Qui 240/4000 = 0,06: 1,04 MPa contro 17,4 MPa. Il taglio conta davvero quando la luce non è molto maggiore dell’altezza (travi tozze, mensole corte) o vicino a carichi concentrati. Per il legno la resistenza a taglio è bassa (ad esempio fv,k = 4,0 MPa contro fm,k = 24 MPa per la classe C24, EN 338, da verificare) e va sempre controllata; la verifica si fa con le resistenze di calcolo di H2.

Dove cadono i massimi: il massimo di τ è sugli appoggi e in G; il massimo di σ è in mezzeria e ai lembi. Sono due verifiche in due punti diversi della trave e della sezione.

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Il flusso di taglio e le giunzioni: esempio 2

Quando una sezione è composta da pezzi collegati (chiodi, viti, bulloni, saldature, colla) la giunzione deve trasmettere il flusso di taglio q = V·S/I, dove S è il momento statico della parte collegata rispetto all’asse neutro della sezione composta.

G0,2251,1251,20MPasezione a T composta (due tavole)4020040ala 200 × 40 · anima 40 × 200 mmgiunto ala-anima visto di latop = 40q = V·S/I = 45 N/mmR = 2,0 kN per chiodo (dato didattico)p ≤ R/q = 2000/45 = 44 mm → p = 40 mm
Trave a T composta da due tavole: τ con il salto nel passaggio dall’ala all’anima, e il giunto con i chiodi a passo p

Trave a T formata da un’ala 200 × 40 mm inchiodata a un’anima 40 × 200 mm, soggetta a V = 8 kN (dati didattici). Il baricentro e l’inerzia della sezione composta si ricavano con i metodi di E1 ed E2.

PassoCalcoloRisultato
Baricentro (dal lembo superiore)yG = (8000·20 + 8000·140)/16 00080 mm
InerziaI = 29,87·10⁶ (ala) + 55,47·10⁶ (anima), con Huygens-Steiner (E2)85,33·10⁶ mm⁴
Momento statico dell’alaS = 8000·(80 − 20)480 000 mm³
Flusso di taglioq = V·S/I = 8000·480 000/85,33·10⁶45 N/mm
Passo dei chiodip ≤ R/q = 2000/45 (R = 2,0 kN per chiodo, dato didattico)p ≤ 44 mm → p = 40 mm
τ nell’anima appena sotto il giuntoV·S/(I·b) con b = 40 mm1,125 MPa
τ nell’ala appena sopra il giuntoV·S/(I·b) con b = 200 mm0,225 MPa
τ massima in GS = 40·160²/2 = 512 000 mm³; b = 40 mm1,20 MPa
Il salto di τ. Nel passaggio dall’ala all’anima S non cambia ma b passa da 200 a 40 mm: τ aumenta di 5 volte (da 0,225 a 1,125 MPa). Il diagramma ha una discontinuità, ed è questa la ragione per cui in una sezione a T o a doppio T il taglio è portato dall’anima.
  • Passo variabile: se V varia lungo la trave, varia anche q = V·S/I e il passo dei chiodi: più fitti dove il taglio è maggiore (vicino agli appoggi), più radi in mezzeria
  • Capacità del chiodo: il valore R di un collegamento in legno o in acciaio si determina con la normativa (EC5, EC3, NTC), da verificare sul testo vigente. Qui R è un dato inventato per fare il conto
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Altre sezioni: il fattore k

Il rapporto k = τmax/τm tra il massimo e la media dipende dalla forma della sezione: rettangolo 1,5, cerchio pieno 4/3, tubo circolare sottile 2.

rettangoloτmax = 1,5 · V/Acerchio pienoτmax = 4/3 · V/Atubo circolare sottileτmax = 2 · V/A(τ lungo la parete, nulla in alto e in basso)stessa V/A, diversa forma: τmax / τm = kla linea tratteggiata gialla è la tensione media τm = V/A
Diagramma di τ rispetto alla media per tre sezioni: rettangolo, cerchio pieno, tubo circolare sottile
SezioneτmaxDovek = τmax/τm
Rettangolo b × h1,5·V/Ain G1,5
Cerchio pieno (diametro d)(4/3)·V/A = 16·V/(3π·d²)in G1,33
Tubo circolare a parete sottile2·V/Asull’asse neutro, nelle due pareti2,0
Profilato a doppio T≈ V/Awnell’anima, se Aw è l’area dell’animastima di G3, a favore di sicurezza
  • Cerchio: la corda varia con y e anche S, ma il risultato è ancora una parabola: τ(y) = V·(R² − y²)/(3I), con τmax = 4V/(3πR²) = (4/3)·V/A in G. È un valore medio sulla corda, tra le ipotesi di Jourawski
  • Tubo sottile: la τ è quasi costante nello spessore s e varia lungo la parete; è massima sull’asse neutro e nulla in alto e in basso. Il diagramma della figura è il suo andamento lungo la parete
  • Profilati a I: le ali portano quasi solo la flessione, l’anima quasi tutto il taglio. L’ordine di grandezza V/Aw si ottiene dalla τm dell’anima; il valore esatto viene dalla formula di Jourawski con S del profilato (tabelle del profilario)
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Limiti della formula, avvertenze e verifica

Jourawski è una teoria approssimata ma affidabile per le travi snelle. Le avvertenze che seguono servono a capire quando fidarsi e quando no.

  • τ costante sulla corda: è un’ipotesi. In realtà la τ varia un po’ lungo la larghezza e per sezioni tozze (altezza non molto maggiore della larghezza) l’errore cresce; per sezioni alte e strette è modesto
  • Sezione che non resta piana: il taglio provoca ingobbamento (L2). Se la trave è snella la flessione secondo Navier-Bernoulli rimane valida e l’effetto del taglio sulle σ si trascura
  • Dove passa V: la formula vale se il taglio agisce nel piano di simmetria, o più in generale passa per il centro di taglio. Per sezioni aperte non simmetriche (profilo a C, angolare) il taglio fuori dal centro di taglio provoca anche torsione (G3)
  • σ e τ nello stesso punto: il massimo di τ è in G (σ = 0) e il massimo di σ è ai lembi (τ = 0): le due verifiche si fanno spesso separatamente. Nei punti intermedi, ad esempio al raccordo anima-ala, coesistono e servono criteri di resistenza combinati (oltre questa lezione, G3)
  • Verifica normativa (ordini di grandezza, da verificare sul testo vigente): legno τd ≤ fv,d (EC5); acciaio VEd ≤ Vc,Rd = Av·fyk/(√3·γM0) con Av area resistente a taglio, circa l’anima (NTC 2018, §4.2.4); calcestruzzo armato con staffe (H4)
  • Controllo sul risultato: ∫τ·b·dy deve dare V e τmax non può essere minore di τm
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Autovalutazione

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

Problema 1

Sezione rettangolare 200 × 400 mm soggetta a V = 60 kN. Calcolare la tensione media, la tensione massima in G e la tensione a 100 mm da G (usare sia la formula parabolica sia Jourawski con S).

Problema 2

Trave rettangolare larga 250 mm, V = 90 kN, tensione tangenziale ammissibile τamm = 1,5 MPa (dato didattico). Calcolare l’altezza minima della sezione per la verifica a taglio.

Problema 3

Due tavole 100 × 60 mm sovrapposte (altezza totale 120 mm) e collegate con chiodi, V = 4 kN. Calcolare il flusso di taglio q all’interfaccia, la τ sulla superficie di contatto e il passo massimo dei chiodi se ciascuno trasmette R = 1,5 kN.

Problema 4

Sezione circolare piena di diametro 300 mm, V = 100 kN. Calcolare τm e τmax e dire in quale punto si trova il massimo.

Problema 5

Spiegare, con il principio di reciprocità, perché sul lembo superiore di una trave rettangolare la tensione tangenziale verticale è nulla anche se il taglio V non è nullo.

Risultati per il controllo

  • Problema 1. τm = 60 000/80 000 = 0,75 MPa; τmax = 1,5·τm = 1,125 MPa (≈ 1,13); a y = 100 mm: τ = 1,125·(1 − 4·100²/400²) = 0,84 MPa. Con Jourawski: S = 100·(200² − 100²) = 3,0·10⁶ mm³, I = 1,0667·10⁹ mm⁴, τ = 60 000·3,0·10⁶/(1,0667·10⁹·200) = 0,84 MPa
  • Problema 2. h ≥ 1,5·V/(b·τamm) = 1,5·90 000/(250·1,5) = 360 mm. Con h = 360 mm: τmax = 1,5·90 000/(250·360) = 1,50 MPa, uguale al limite
  • Problema 3. S = 100·60·30 = 180 000 mm³, I = 100·120³/12 = 14,4·10⁶ mm⁴; q = 4000·180 000/14,4·10⁶ = 50 N/mm; τ = q/b = 0,50 MPa; p ≤ 1500/50 = 30 mm
  • Problema 4. A = π·150² = 70 686 mm²; τm = 1,41 MPa; τmax = (4/3)·τm = 1,89 MPa, in G (sull’asse neutro, sul diametro orizzontale)
  • Problema 5. Il lembo è libero: sul piano orizzontale del lembo non agiscono forze tangenziali, quindi τ’ = 0. Per la reciprocità τ = τ’, perciò anche la τ verticale della sezione, nel punto del lembo, è nulla. Il taglio V è trasmesso dalle τ degli strati sottostanti: la parabola passa da 0 ai lembi a 1,5·V/A in G
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Riepilogo dei concetti chiave

  • La tensione tangenziale τ giace nel piano della sezione, è generata dal taglio V e ha per risultante V; si misura in MPa = N/mm². La media è τm = V/A
  • Scorrimento: γ = δ/h, legge elastica τ = G·γ, con G = E/(2(1 + ν)). Le tensioni di scorrimento sono le τ sui piani longitudinali: impediscono lo scivolamento di strati sovrapposti
  • Reciprocità: le τ su piani perpendicolari sono uguali (τ = τ’) e convergono in due spigoli opposti. Sui lembi liberi e negli spigoli le τ sono nulle
  • Variazione lungo la sezione: dall’equilibrio del concio, τ·b·dx = dN = dM·S/I; con dM = V·dx si ottiene la formula di Jourawski
  • τ(y) = V·S(y) / (I·b(y)), con S momento statico della parte oltre la corda rispetto all’asse neutro; flusso di taglio q = τ·b = V·S/I (N/mm)
  • Rettangolo: S(y) = (b/2)(h²/4 − y²), τ parabolica, nulla ai lembi, massima in G: τmax = 1,5·V/A
  • Altre sezioni: cerchio pieno τmax = (4/3)·V/A, tubo sottile τmax = 2·V/A; sezioni con b variabile (T, doppio T) hanno salti di τ e il taglio è portato dall’anima
  • Giunzioni: chiodi, bulloni o saldature trasmettono q; passo p ≤ R/q. Se V varia, p varia
  • Limiti: τ costante sulla corda è approssimata; V per il centro di taglio; σ e τ si verificano separatamente (massimi in punti diversi); resistenze e coefficienti da verificare sul testo vigente