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Calcestruzzo, cemento armato e strutture in acciaio

Il calcestruzzo resiste bene quando viene schiacciato, ma poco quando viene teso. Le barre d'acciaio messe dove avviene la tensione lo trasformano in cemento armato (c.a.). I telai in acciaio, fatti di triangoli, sono leggeri e coprono grandi distanze. In campagna si usano tutti e tre: rivestimenti di canali, vasche, silos, ponti e capannoni.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Metti un peso su un blocco di calcestruzzo. Il calcestruzzo resiste molto bene allo schiacciamento. Il blocco sta bene.
  2. Ora lo stesso calcestruzzo è appoggiato su due sostegni. Quando il peso aumenta, la trave si piega. La parte in basso si allunga e si apre una crepa.
  3. Aggiungi barre d'acciaio vicino al fondo. L'acciaio resiste bene quando viene teso. Ora lo stesso peso non causa nessuna crepa. Questo è il cemento armato.
  4. Un telaio in acciaio è fatto di barre sottili unite a formare triangoli. È leggero e può coprire una grande distanza, come il tetto di un capannone agricolo.
  5. Tocca a te. Scegli calcestruzzo, cemento armato o acciaio e aumenta il peso. Guarda quale regge di più.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Se il calcestruzzo è così forte, perché da solo non basta?

È forte solo quando viene schiacciato. Piegandosi, una parte viene anche allungata, e lì il calcestruzzo si crepa. Guarda la crepa nel passo 1.

Perché il blocco non si crepa nel passo 0?

Ogni parte del blocco è solo schiacciata. Niente viene allungato, quindi il calcestruzzo regge bene.

Perché le barre vanno in basso?

Il fondo di una trave su due sostegni si allunga. L'acciaio è forte quando viene teso, quindi sta lì.

Perché la capriata in acciaio usa triangoli?

Un triangolo non può cambiare forma senza cambiare la lunghezza di un lato. Quindi il telaio resta rigido.

Quale regge più carico?

Nel gioco libero, acciaio e cemento armato reggono molto più del calcestruzzo semplice. Aumenta il carico per ogni materiale e confronta.

Strutture in calcestruzzo

Il calcestruzzo è un miscuglio di cemento, sabbia, sassolini (inerti) e acqua. All'inizio è una pasta densa, poi si indurisce come la pietra.

Contano due tipi di spinta. La compressione è uno schiacciamento. La trazione è un allungamento. Il calcestruzzo sopporta molto bene la compressione. Sopporta male la trazione: regge solo circa un decimo della trazione rispetto alla compressione.

Per questo il calcestruzzo semplice (senza acciaio) si usa dove il carico schiaccia soprattutto: fondazioni, muri spessi, dighe a gravità, rivestimenti di canali, solette di strade agricole su terreno solido e piccole briglie.

Il calcestruzzo semplice si crepa se si piega. Quindi lo teniamo spesso e corto, mai come una trave lunga e sottile.

Strutture in cemento armato (c.a.)

Quando una trave si piega, il lato inferiore si allunga e quello superiore viene schiacciato. Mettiamo le barre d'acciaio (tondini) vicino al lato teso. L'acciaio resiste bene alla trazione. Il calcestruzzo tiene ferme le barre, condivide lo schiacciamento e protegge l'acciaio dalla ruggine.

Perché funziona? Il calcestruzzo aderisce alla barra, e i due materiali si dilatano e si restringono quasi della stessa quantità quando fa caldo o freddo. Così lavorano come un unico corpo.

Le barre hanno bisogno di uno strato di calcestruzzo intorno, chiamato copriferro. Il copriferro tiene lontani acqua e aria, così le barre non si arrugginiscono. Un copriferro normale è di circa 2-5 cm, di più per le vasche d'acqua.

In campagna il cemento armato si usa per vasche, silos, ponti, tombini, paratoie dei canali, salti idraulici, pavimenti delle stalle ed edifici con travi e solai.

Strutture in acciaio

Una struttura in acciaio è fatta di profilati laminati come angolari, profili a U e travi a I, uniti con bulloni, rivetti o saldature. L'acciaio resiste bene sia allo schiacciamento sia alla trazione.

Punti di forza: è resistente rispetto al suo peso, si costruisce in fretta, copre grandi luci e i vecchi pezzi si possono riutilizzare. Punti deboli: si arrugginisce se non è verniciato o zincato, perde resistenza in un incendio forte, e i pezzi lunghi e sottili possono instabilizzarsi (piegarsi di lato) quando sono compressi.

Una capriata unisce le barre in triangoli. Un triangolo non può cambiare forma, quindi il telaio resta rigido. Usi in campagna: telai di serre e stalle, silos per il grano, torri per serbatoi d'acqua, supporti dei tubi per l'irrigazione a pioggia e cancelli.

Come scegliere tra i tre

Pensa anche al costo, ai materiali del posto, al terreno sotto la struttura e a quanto deve durare.

Prova tu: il test del biscotto

Prendi un biscotto secco. Premilo piatto tra i palmi: è difficile da rompere. Ora tienilo per le due estremità e piegalo: si spezza con una piccola flessione. Il biscotto è come il calcestruzzo: va bene se schiacciato, è debole se piegato. Ora fai asciugare una lastra di argilla con un bastoncino sottile premuto nella parte inferiore, e piegala: regge più a lungo. Il bastoncino fa la parte delle barre d'acciaio.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. La soletta di una strada agricola poggia su terreno solido e deve solo sopportare il peso di un veicolo. Calcestruzzo semplice o cemento armato?

Il terreno sostiene la soletta lungo tutta la sua lunghezza, quindi quasi non si piega. Per un traffico leggero basta il calcestruzzo semplice. Si può aggiungere una rete d'acciaio per controllare le crepe.

2. Un ponte su un canale è una trave appoggiata su due muri. Quale lato della trave si allunga e dove vanno le barre?

Una trave appoggiata su due sostegni si piega verso il basso. Il lato inferiore si allunga. Quindi le barre principali vanno vicino al fondo.

3. Una mensola (una trave fissata a un'estremità e libera all'altra) porta un carico. Dove vanno le barre principali?

Una mensola si piega in modo che il lato superiore si allunga. Quindi le barre principali vanno vicino alla parte alta, vicino all'estremità fissa.

4. Un agricoltore vuole un capannone largo 12 m, senza pilastri all'interno, costruito in fretta. Quale struttura?

Un telaio a capriate in acciaio. È leggero, copre una grande luce e si monta in fretta.

5. Una trave è larga 300 mm e ha bisogno di 40 mm di copriferro per lato. Quanto è largo lo spazio tra i due copriferri?

300 - 40 - 40 = 220 mm.

6. Il calcestruzzo semplice regge 3 N per mm2 di trazione prima di crepare. Il fondo di una trave è teso con 5 N per mm2. Si creperà? Che cosa risolve il problema?

5 è più di 3, quindi si creperà. Le barre d'acciaio prendono su di sé la trazione, così il calcestruzzo non deve più sopportarla.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Il calcestruzzo è forte a:
2. Perché si mettono barre d'acciaio nel calcestruzzo?
3. Quale parte di una trave semplicemente appoggiata si allunga?
4. Una capriata usa triangoli perché un triangolo:
5. Lo strato di calcestruzzo che protegge le barre si chiama:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Che differenza c'è tra calcestruzzo semplice e cemento armato?

Il calcestruzzo semplice non ha acciaio e si crepa quando viene teso. Il cemento armato ha barre d'acciaio dove avviene la trazione, quindi può sopportare carichi che piegano.

Perché l'acciaio non si arrugginisce dentro il calcestruzzo?

Il calcestruzzo fresco è alcalino, e questo protegge l'acciaio; inoltre il copriferro tiene fuori acqua e aria. Se le crepe lasciano entrare l'acqua, l'acciaio può arrugginirsi.

Quando scegliamo una struttura in acciaio?

Quando servono una grande luce, poco peso e una costruzione rapida, per esempio una serra, una stalla o un magazzino.

Dove si studia

Japan高校(専門学科)1〜3年Agricultural Civil Engineering Design

Da studiare prima