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I VINCOLI REALI

DEFINIZIONE: i vincoli reali sono quelli che, in modo più o meno soddisfacente, tentano di realizzare le stesse caratteristiche di quelli ideali, cioè essere puntiformi, capaci di sopportare qualunque forza, essere bilaterali, anche se, caso per caso, si può o si deve rinunciare a qualcuna di esse.
GENERALITA': la proprietà alla quale più spesso si deve rinunciare è quella di essere bilaterali. Il cavalletto del muratore difficilmente tiene ancorata la trave (tavolone) che sostiene, anche perchè deve essere facilmente smontabile; così pure le cerniere delle porte non impediscono il movimento verso l'alto, ecc.
Un altro problema posto dai vincoli reali è quello legato alle dilatazioni e contrazioni dovute ai cambiamenti di temperatura, oppure alla resistenza dei terreni sui quali si cotruisce, ecc.
ESEMPI:
i binari dei treni: sarebbe utile che fossero perfettemente ancorati al terreno, ma: 1) devono essere scorrevoli longitudinalmente perchè si allungano d'estate e si accorciano d'inverno(a); 2) devono poter vibrare liberamente sotto l'azione del treno altrimenti romperebbero il terreno.
i muri: sono gli appoggi dei pavimenti e dei tetti e potrebbero avere spessori grandi quasi a piacere per costruire grattacieli alti migliaia di metri: così facendo però lo spazio interno ai fabbricati sarebbe minimo (ciò accade costruendo in pietra o in mattone).
le fondazioni: sono gli appoggi dei ponti, delle case, delle dighe, ecc. e a loro volta appoggiano sul terreno. Se il terreno è roccia viva, le costruzioni possono essere alte e pesanti; se il terreno è poco resistente, le fondazioni devono essere larghe e a loro volta pesanti; se il terreno è incoerente, bisogna piantarvi dei pali sui quali poi si stendono le fondazioni.
i collegamenti: le strutture semplici (le travi) devono essere collegate fra loro per ottenere quelle complesse che sostengono le parti "utili": i collegamenti sono in generale quelli più difficili da progettare e costruire e anche i più deboli nel resistere all'uso.

Consideriamo il collegamento fra un pilastro e una trave in acciaio con sezione a doppio T (nelle figure a destra le "ali" sono in blu e le "anime" in verde). Per realizzare un incastro non basta saldare (in azzurro) ma occorre aggiungere un "fazzoletto" (in giallo) con opportune chiodature (color senape) nonchè irrigidire l'anima con "bandiere" (in rosso) saldate, almeno vicino al collegamento, per evitare lo "svirgolamento", cioè la torsione dell'anima che, essendo più sottile e più alta delle ali, potrebbe piegarsi su se stessa.
Solo in questo modo si può esser certi di aver realizzato un incastro: come si vede esso è ben lungi dall'essere puntiforme!
Nella fotografia a sinistra non si vedono nè fazzoletti nè bandiere perchè la costruzione è appena nella fase di aggiustamento dei "pezzi" preparati in officina; si notano però i travetti di irrigidimento della struttura, disposti anche lungo le diagonali.
Le travi da ponte in calcestruzzo precompresso (preparate in officina) vengono appoggiate sui pilastri interponendo un rullo d'acciaio fra due piastre pure d'acciaio (per evitare il contatto diretto acciaio - calcestruzzo) in modo che le travi stesse possano scorrere, per colpa delle variazioni di temperatura.

Nel disegno a destra si vede come le ali sono raccordate all'anima con una sezione trapezia che ha lo scopo di rendere più alta l'ala e più bassa l'anima per evitare lo svirgolamento, molto più pericoloso nel calcestruzzo. Le fessure fra le teste delle travi sono coperte con piastre d'acciaio forate per lasciar passare l'acqua di pioggia oppure riempite con malta di catrame, per rendere quasi uniforme il piano stradale(b).
CARATTERISTICHE: in modo sommario i vincoli reali devono soddisfare tre caratteristiche principali:
1) essere di materiale opportuno: per assurdo al Polo Sud si potrebbero costruire case con i muri di burro: tale materiale in tale luogo è opportuno (a parte la spesa); lo stesso materiale, nel Sahara, non è adatto. I grattacieli di New York avrebbero potuto essere costruiti con mattoni di fango (come la torre di Babele), ma lo spazio interno sarebbe stato zero. L'albero motore delle automobili potrebbe essere costruito in legno, ma poi il cofano motore (per non parlare del resto) dovrebbe essere grande come una casa. Ecc. ecc. Uscendo dall'assurdo diremo che i materiali adoperati devono essere adeguati al luogo e allo scopo della costruzione. La tecnologia, nel suo sviluppo, ci fornisce la possibilità di adeguare continuamente il modo di costruire: acciaio, alluminio, vetro, materie plastiche, ecc. consentono di costruire più alto, più largo, più forte, più sottile, più resistente.
2) avere dimensioni opportune: abbiamo già visto negli esempi precedenti come le dimensioni dei vincoli reali sono lontani dall'esser puntiformi. Però bisogna aggiungere che le dimensioni sono tanto più grandi quanto meno "forte" è il materiale adoperato, per cui il progettista non sceglie mai separatamente materiale e dimensione: questi due elementi sono sempre in coppia.
3) trovarsi in posizioni opportune: questa caratteristica è talvolta più difficile da studiare poichè molto dipende dallo svilupparsi delle forze e delle reazioni. Un esempio per tutti: nello studio della flessione si ammette che l'asse delle travi non si allunga per effetto della deformazione, per cui la trave può essere appoggiata alle estremità.

In realtà ciò non è vero (vedi figura), per cui gli appoggi devono essere arretrati rispetto alle estremità, lasciando uno sbalzo (in giallo). In queste condizioni però un eventuale carico G sullo sbalzo produce il ribaltamento della trave intera con conseguenze disastrose. La possibilità che nasca la forza G non è sempre prevedibile (vedi il caso di terremoti o esplosioni) e da ciò nasce l'instaurarsi di crolli e rotture.

Strutture grandi, resistenti, leggere, di qualunque forma(c) si realizzano con il sistema delle travature reticolari: ponti, cavalcavia, capannoni, coperture di stadi, ecc. si realizzano con relativa facilità in tutto il mondo.
In modo essenziale si tratta di travi a doppio T (vedi figura qui sopra) "senza anima", costituite cioè da due ali a T (in blu e verde) unite fra loro da ferri (in viola) tondi, a L, a C, a T, saldati o inchiodati (in nero) all'ala. Con questo sistema si realizzano le strutture reticolari, così dette perchè le connessioni fra le parti costituiscono delle maglie come nelle reti.

(a) E' perciò che i "pezzi" di binario non sono a contatto testa a testa fra loro!
(b) Qualche volta viene usata scorrettamente la malta di cemento, la quale ostacola la libera dilatazione delle travi e successivamente, sgretolandosi, produce fossi pericolosi per le automobili. Invece la malta di catrame produce rigonfiamenti trasversali del pavimento stradale, fastidiosi ma non pericolosi
(c) Un'altra tecnica costruttiva sempre più importante negli ultimi decenni è quella delle "tensostrutture", rappresentate come modello dai tendoni da circo. Mentre nelle strutture normali le sollecitazioni prevalenti sono la compressione e la flessione, nelle tensostrutture è prevalente la trazione. Un'altra tecnica è suggerita dalle uova: strutture sottili che sfruttano l'effetto curvatura, nelle quali la sollecitazione è quasi esclusivamente di compressione.