In "Strutture: o perché le cose non cadono" James Gordon parla degli alberi che sono precompressi con l'esterno in tensione e l'interno in compressione. Perché rende un albero più forte averlo in tensione sulla superficie e compressione al centro e come posso leggere il grafico nella prima immagine sotto?
Inoltre, nella terza foto parla di fare il contrario con una trave di cemento. Come si crea tensione usando l'armatura?
Risposte:
I grafici sono trame di stress rispetto alla posizione. Lo stress è la forza per unità di area esercitata su un materiale. I valori positivi sono la tensione e i valori negativi sono la compressione.
Il primo diagramma (più a sinistra) mostra lo stress normale rispetto alla posizione che ci si aspetterebbe da flettere se non ci fosse pre-stress. La trama centrale mostra il pre-stress sull'albero. La trama più a destra mostra la sovrapposizione , o somma, dello stress flettente e del pre-stress.
Nell'ingegneria meccanica, la resistenza è definita come la massima sollecitazione che un materiale può tollerare prima di fallire. Ogni materiale ha limiti di resistenza unici, chiamati la loro massima resistenza . In alcuni materiali questo è lo stesso in termini di tensione e compressione, ma in altri i valori di resistenza a trazione e compressione finali sono diversi. La maggior parte dei metalli ha approssimativamente la stessa resistenza a trazione e compressione, ma materiali come legno e cemento rientrano in quest'ultima categoria, dove la resistenza a trazione e compressione sono significativamente diverse.
L'articolo che hai fornito afferma che la massima resistenza alla trazione del legno è maggiore della sua massima resistenza alla compressione. Se l'albero non fosse precompresso, il lato lontano dal vento fallirebbe sempre per primo, perché come mostrato dal primo diagramma, le massime resistenze a trazione e compressione sono le stesse in flessione senza pre-stress. Avendo una pre-tensione di trazione all'esterno dell'albero, l'albero può ridurre il massimo stress di compressione e quindi resistere a venti più forti. Si noti che come conseguenza della Terza Legge di Newton, ci devono essere sia le sollecitazioni di trazione che quelle di compressione per bilanciare le forze.
Nel calcestruzzo, la situazione è diversa perché il calcestruzzo ha una resistenza alla trazione sostanzialmente zero. Il calcestruzzo precompresso evita i guasti avendo l'armatura in acciaio in uno stato di pre-sollecitazione a trazione e il calcestruzzo in uno stato di pre-sollecitazione a compressione. Ciò può essere ottenuto allungando la barra di rinforzo mentre il calcestruzzo viene versato o versando il calcestruzzo attorno ai cavi rivestiti per impedire al calcestruzzo di aderire al cavo. In quest'ultimo caso, i cavi vengono serrati per precomprimere il calcestruzzo dopo che è stato indurito.