come funzionano i ferri di armatura nelle strutture di cemento armato

salve, scusate se pongo la domanda, ma recentemente mi sono recato in un cantiere in cui stavano armando una scala. mi diceva il carpentiere che le barre e i ferri si devono sapere connettere e agganciare in quanto i ferri lavorano in armonia fra loro, credo a causa del peso e delle forze che agiscono, i gradini , i cagnoli le travi. ma come appunto reagisce la struttura in armonia alle sollecitazioni, come si deve ancorare il ferro di armatura prima della colata di calcestruzzo, la scala era a sbalzo tipo balcone tipo aggetto tipo mensola con 2 rampe gradini e pianerottoli è stata agganciata praticando dei fori a un grosso muro maestro in calcestruzzo, ha fatto i fori alzata pedata della rampa infilato delle barre a sbalzo e realizzata la carpenteria il cassero x la gettata. grazie




tipo questa ma con la rampa sotto il pianerottolo sopra

Siccome il cemento resiste a compressione e mediamente a flessione, occorre come per i molluschi fargli uno scheletro osseo....metallico in questo caso.
Siccome la struttura che viene realizzata deve essere solidale al corpo principale, è necessario che il ferro sia ben assicurato e che resista alle sollecitazioni, in modo che non si creino zone trazionate e quindi soggette a crepe e cedimenti.
Non è sufficiente che ci sia tanto ferro, ma che sia ben legato in modo che tutta la struttura metallica sopporti e distribuisca i carichi di progetto.

Il ferrocemento è un materiale composito, ovvero un materiale fatto di più componenti, ciascuna delle quali con una specifica caratteristica meccanica.

Normalmente nel calcolo del ferrocemento si considera che l'acciaio (in gergo "ferro") lavori esclusivamente a trazione ed il cemento esclusivamente a compressione. Non è così, ma è un'approssimazione conservativa che semplifica di molto la faccenda.

I ferri devono essere posizionati in modo da potersi scambiare la trazione, altrimenti non funziona.

Si mette poi uno strato di cemento all'esterno dei ferri. Questo strato, detto "copriferro" non collabora staticamente ma serve solo a proteggere il ferro dalla corrosione.

Non so se ho risposto alla domanda perché non ho capito precisamente qual è.

Il cemento armato è formato dall'unione di due materiali con comportamento molto differente ma che si sposano bene insieme. Interessante è il fatto che il cemento blocca l'ossidazione dell'acciaio (passivazione).
Una cosa che spesso non viene notata è che il coefficiente di dilatazione termica è quasi lo stesso e questo evita deformazioni termiche relative.
Come ti è già stato detto il cemento viene usato prevalentemente per sostenere le compressioni perché regge male le trazioni (nelle verifiche di resistenza si considera nulla la resistenza a trazione) mentre l'acciaio viene utilizzato prevalentemente per reggere le trazioni. In compressione i materiali lavorano assieme.
Altra cosa da notare è che le tensioni nei materiali variano nel tempo anche sotto carico costante (gli inglesi lo chiamano creep e i francesi fluage. Noi lo chiamiamo viscosità. Esistono addirittura i teoremi della viscoelasticità per trattare il fenomeno).

Le barre in acciaio, per poter trasferire il carico al cemento, necessitano di una profondità di infissione che può essere particolarmente elevata. Le rugosità che vedi nelle barre migliorano tale capacità (si parla di aderenza migliorata). Le piegature migliorano l'ancoraggio. Diciamo che è un po' un'arte disporre bene le armature.
C'è sempre il rischio delle spinte a vuoto a cui bisogna porre attenzione (in pratica con cattive piegature si creano tensioni che spingono direttamente sul calcestruzzo verso l'esterno e chiaramente non va bene).
Le staffe migliorano il comportamento del calcestruzzo (lo confinano) aumentandone la capacità di deformarsi.
Sostanzialmente gli infittimenti delle staffe nei nodi delle strutture hanno il compito di sostenere le grandi forze di taglio e le forti tensioni normali dovuta alla formazione delle cerniere plastiche.
Le strutture in cemento armato vengono progettate per far formare le cerniere plastiche nei nodi delle travi e non nei pilastri (si chiama gerarchia delle resistenze). In questo modo si indirizzano i meccanismi di collasso verso quello di parete che richiede la formazione di numerose cerniere plastiche per formarsi.
È decisamente più complesso il comportamento delle pareti anche se intuitivo. In buona sostanza le deformazioni plastiche si localizzano, prevalentemente, nei bordi e quindi questo richiede l'inserimento di staffe (infittite alla base) e barre grosse rispetto a quelle centrali (queste lavorano principalmente a taglio sotto l'azione sismica).

Altra cosa da notare: le forze di taglio nel cemento vengono sostenute da un meccanismo formato da una molteplicità di tralicci. In pratica è come se fossero presenti una serie di elementi compressi inclinati (il calcestruzzo) e aste tese (l'acciaio). Si considera che durante l'applicazione del carico le bielle compresse possano ruotare. Troppo acciaio può portare al collasso del calcestruzzo prematuramente.
Puoi sostanzialmente immaginarlo come una serie di travi reticolari affiancate con gli elementi compressi che possono ruotare (nota che così lavorano anche le barre correnti per sostenere il taglio).

Insomma ce ne sarebbe da scrivere per ore e ore. D'altronde il conglomerato cementizio armato ordinario (questo è il nome corretto per il cemento armato o c.a.) è veramente un materiale complesso da calcolare.
Richiede veramente anni per venire padroneggiato.

Solo una piccola nota: il ferrocemento non è il cemento armato. Sostanzialmente il c.a. può essere pensato come evoluzione del ferrocemento.
Nasce nel 1800 dal giardiniere Joseph Monier e poi viene perfezionato negli anni 40 da Nervi.
Però il ferro cemento va visto più come una sorta di c.a. debolmente armato. Onestamente la soglia che porta a dividere il c.a. dal ferrocemento è un po' aleatoria ma comunque sono considerati materiali differenti.

saldocarpentiere ha detto:

salve, scusate se pongo la domanda, ma recentemente mi sono recato in un cantiere in cui stavano armando una scala. mi diceva il carpentiere che le barre e i ferri si devono sapere connettere e agganciare in quanto i ferri lavorano in armonia fra loro, credo a causa del peso e delle forze che agiscono, i gradini , i cagnoli le travi. ma come appunto reagisce la struttura in armonia alle sollecitazioni, come si deve ancorare il ferro di armatura prima della colata di calcestruzzo, la scala era a sbalzo tipo balcone tipo aggetto tipo mensola con 2 rampe gradini e pianerottoli è stata agganciata praticando dei fori a un grosso muro maestro in calcestruzzo, ha fatto i fori alzata pedata della rampa infilato delle barre a sbalzo e realizzata la carpenteria il cassero x la gettata. grazie

"immagini"


tipo questa ma con la rampa sotto il pianerottolo sopra

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Ciao Saldocarpentiere, scusa ma quale è la domanda esattamente?
sarebbe questa: "ma come appunto reagisce la struttura in armonia alle sollecitazioni, come si deve ancorare il ferro di armatura prima della colata di calcestruzzo,"
come reagisce la struttura, immagina di mettere un peso all'estremità libera del gradino questo peso agisce verso il basso e tenderà a far flettere il gradino, se i tondini non sono legati agiranno come corpo singolo mentre se sono legati tra di loro agiscono tutti insieme come un corpo più grande.
mentre il come si deve ancorare questo lo specifica l'ingegnere strutturale quando redige il progetto dei cementi armati.

"la scala era a sbalzo tipo balcone" anche nella realizzazione dei balconi c'è lo stesso principio di collegamento, li viene forse più "semplice" perché c'è una soletta da cui poter far uscire le travi per sostenere il balcone

praticamente il calcestruzzo resiste alla compressione per fare si che resista alla flessione, ci si annegano le barre a formare uno scheletro tipo il corpo umano a cui si intersecano i tendini e i fasci muscolari alle ossa dello scheletro. credo. le barre quindi fungono da tiranti e puntoni credo. le staffe per i gradini erano a forma di triangolo le barre a formare un reticolato tipo rete elettrosaldata ha fatto i casseri x i cagnoli le travi, poi sotto come puntone ha messo tre tubolari in ferro da 100 tipo saetta e sotto i plinti. grazie se posso allego le foto grazie ancora non capisco la differenza fra ferro cemento e cemento armato devo approfondire l'argomento scusatemi se vi ho disturbato, grazie x il vostro prezioso tempo

Ciao Saldocarpentiere, il cemento è un materiale che resiste molto bene alla compressione ma non alla trazione, al contrario l'acciaio resiste molto bene alla trazione ma non alla compressione il risultato? unire i due materiali per ottenere un nuovo "materiale" che unisce i vantaggi di entrambi annullando allo stesso tempo gli svantaggi.
Per questo per un pilastro vedrai una maggior presenza di cemento rispetto ai tondini mentre per un solaio a sbalzo ci sarà una maggior presenza di acciaio rispetto al cemento.

Le forze che si sviluppano e che corrono lungo l'elemento non sono sempre intuitive e per gestire e progettare le strutture in cemento armato c'è bisogno di un progetto a parte (l'architetto progetta la casa, l'ingegnere progetta i cementi armati di quella casa)

In una trave a sbalzo (il tuo caso del gradino) la forza spinge verso il basso quindi analizzando la sezione della trave la forza di compressione sarà dalla metà bassa della trave mentre in alto avrò la forza di trazione (se prendi un rametto verde e lo pieghi, dove c'è la piega il legno si comprime tutto e dall'altra parte le fibre si sfilacciano) capisci quindi che, se il cemento tiene a compressione e l'acciaio a trazione i tondini li concentro nella parte superiore della trave perchè se faccio al contrario il rischio di rottura è elevato.

Spero che ti sia tutto chiaro

cemento armato: armatura di acciaio di diametro Ø importanti, distribuiti in punti specifici per ottimizzarne la resistenza a trazione, utilizzato nelle strutture portanti.
ferrocemento: l'armatura è composta da reti metalliche sovrapposte a maglie strette con fili di metallo di diametro molto più contenuto, utilizzato per dare forme particolari alla struttura ma difficilmente come struttura portante.

grazie scusatemi se disturbo,ultima cosale travi a ginocchio, quelle normali credo si usi li legnetto del caffe come similitudine alla prova di flessione appoggiata su 2 credo vincoli, il carrello e la cerniera o 2 appoggi, non ricordo bene grazie perdonate lamia ignoranza