DEFINIZIONE: si chiama azione normale quella prodotta da forze normali (perpendicolari) alla sezione.
ESEMPI: a) il tiro rispetto alla fune; b) il peso dell'automobile sul crick; c) il peso del filo sul palo telefonico; d) il colpo del martello sul chiodo; ecc.
CLASSIFICAZIONE: l'azione normale è di due tipi: 1) trazione, quando la forza tende ad allungare le fibre; di solito viene considerata positiva; 2) compressione, quando la forza tende ad accorciare le fibre; di solito viene considerata negativa.

NOTA BENE: altre azioni normali derivano dai cambiamenti di temperatura prodotti dal riscaldamento delle strutture.
CONVENZIONI: a) si è già detto che di solito viene considerata positiva la trazione e viene considerata negativa la compressione. Ciò deriva dall'espressione della deformazione:

e_i = L_i+1 - L_i / L₀

nella quale: e_i rappresenta la deformazione relativa rispetto alla lunghezza iniziale L₀; L_i+1 rappresenta la lunghezza con la forza maggiore e L_i quella con la forza minore. Nel caso della trazione la lunghezza va crescendo per cui e_i è positivo; nel caso della compressione la lunghezza va diminuendo per cui e_i è negativo. b) La forza F è spesso distribuita su tutta la superficie S della sezione, per cui non ci sono problemi; quando però essa è concentrata in un punto, si ammette che dopo un breve tronco di trave essa produce uno sforzo uniforme su tutta la sezione. In pratica, a sinistra delle sezioni A e B gli sforzi interni s sono distribuiti con un diagramma rettangolare (in giallo nella figura). c) Da ciò segue che, nel campo elastico del materiale, su ciascun punto della sezione agisce una forza interna costante pari a s = F / S [N/mm²].
CONSIDERAZIONI: l'azione normale è alla base di tutta la Scienza delle Costruzioni, soprattutto perchè è spesso l'unica o la più importante delle azioni presenti (tutti gli elementi verticali che sopportano pesi). L'altra azione di fondamentale importanza è la flessione, la quale però si manifesta come una combinazione di trazione e di compressione. Negli alberi rotanti delle macchine è presente la torsione, azione nettamente diversa da quella normale, ma poichè è quasi sempre accompagnata dalla flessione, al momento del progetto si procede con una combinazione non lineare delle due azioni e si progetta come se fosse presente un momento flettente ideale, il che ci riporta a tenere per principali le trazioni e le compressioni.
PROGETTO: il progetto si sviluppa a partire dalle seguenti premesse:
1) il materiale deve essere adoperato all'interno del suo campo elastico, tanto più all'interno quanto più difficili sono le condizioni di lavoro.
2) i limiti di resistenza devono essere noti e controllati frequentemente attraverso opportune prove nei laboratori di tecnologia: ad esempio per le costruzioni in calcestruzzo armato appositi uffici pubblici e privati, eseguono costantemente prove di rottura su campioni di calcestruzzo e di ferro.
3) la legge interviene a regolare i modi e i tempi di costruzione affinchè gli interessi degli acquirenti siano conciliati con quelli dei costruttori.
4) la progettazione parte dall'espressione

s = F / S £ s_amm

nella quale s_amm assume il significato di: massimo valore che può assumere la pressione s affinchè siano rispettati i limiti imposti dalla sicurezza e dalla legge.
CALCOLO: il processo di calcolo delle strutture parte quindi da due elementi: 1) conoscenza delle forze agenti, conoscenza tanto più raffinata quanto più importante è la costruzione (ad esempio per le costruzioni molto alte è necessario conoscere la forza esercitata dal vento); 2) conoscenza dei limiti da non superare con i materiali adoperati, limiti tanto più stretti quanto più pericolosa o costosa può diventare una eventuale rottura(a).
I dati di partenza sono perciò: la forza F in Newton o in chilogrammi, ricavata dal calcolo di progetto, e lo sforzo interno massimo s_amm ricavato da prove e certificato da un laboratorio autorizzato. L'incognita diventa S, cioè l'area della sezione adatta a sopportare la forza F nei prescritti limiti di sicurezza(b). L'equazione di stabilità è quindi

S = F / s_amm

Se la sezione è rettangolare avremo S = a * b, essendo a e b i lati. Le incognite sono due e per procedere si deve stabilire un rapporto fra di esse: ad esempio si può stabilire che a = 2 * b e perciò S = 2 * b * b = 2 * b², dalla quale si ricava b e successivamente a. Se la sezione è quadrata o circolare l'incognita è una sola e non si creano difficoltà.
Se la sezione è da costruire in loco (per esempio con il calcestruzzo), qualunque dimensione è buona. Se invece si deve ricorrere a sezioni prodotte da altri (per esempio dall'industria dell'acciaio), può occorrere di cambiare le dimensioni calcolate per adeguarle a quelle in commercio; in tal caso si utilizzerà la misura di sezione immediatamente superiore: calcolata la sezione in acciaio 36 x 44 mm (1.584 mm²), non in produzione, si userà la sezione 40 x 45 mm (1.800 mm²) a favore della sicurezza e non 35 x 45 mm (1.575 mm²).
DEFORMAZIONE: l'azione normale produce il cambiamento di lunghezza della trave. Il valore di tale cambiamento si ricava dalla relazione:

Dl = F * l / S * E

cioè: sotto l'azione di una forza F , una trave di sezione S e lunghezza l, costruita con un materiale con modulo di elasticità normale E(d), cambia la propria lunghezza di Dl.

ESEMPI DI PROGETTO

PIEDISTALLO: siamo stati incaricati di progettare il piedistallo della Statua della Libertà a New York. La statua pesa 300 tonnellate e ha una base di bronzo di 36 m². Il materiale scelto per costruire il basamento ha una s_amm di 0,5 kg/mm², mentre il terreno sul quale il tutto dovrà poggiare ha una s_amm di 0,3 kg/mm². Dovremo quindi allargare la base d'appoggio della statua costruendo dei gradoni sempre più ampi.
a) Primo gradone: S₁ = 300.000 / 0,5 = 600.000 mm² = 85 m². b) Il secondo gradone deve portare il peso della statua più il peso del primo gradone: supponiamo che esso pesi 200 t. Allora per il secondo gradone avremo: S₂ = 500.000 / 0,5 = 1.000.000 mm² = 100 m². c) Il secondo gradone pesa 280 t e quindi per il terzo sarà (ricordando che esso deve poggiare sul terreno): S₃ = 780.000 / 0,3 = 2.600.000 mm² = 138 m². d) Il terzo gradone però pesa (per ipotesi) 350 t, per cui sul terreno c'è il peso complessivo non di 780 t ma [300 + 200 + 280 + 350] = 1.130 t, e il terzo gradone avrà una superficie di S₃' = 1.130.000 / 0,3 = 3.760.000 mm² = 194 m². A questo punto dovremmo rifare il calcolo del terzo gradone, poichè esso ha una superficie di 194 m² e non di 138 m² come si era supposto. e) Possiamo però pensare di passare da S₃ a S₃' con una sezione trapezia (costruendo una scalinata tutto intorno alla statua) riducendo così il peso del terzo gradone da 350 t a 300 t; ecc.

LE FUNI: il calcolo delle funi è complicato dal fatto che la loro sezione è apparente in quanto fra filo e filo c'è del vuoto(c). Per ipotesi la forza necessaria al traino dell'automobile in figura sia di 400 kg e la fune abbia una s_amm di 0,9 kg/mm². La sezione della fune sarà S_f' = 400 / 0,9 = 440 mm². Ricordando che l'area del cerchio è S = p * D² / 4, ricaviamo il diametro esterno apparente della fune: D' = (4 * S / p)^1/2 = (4 * 440 / p)^1/2 = 24 mm.
Supponendo che il vuoto sia del 35 %, il diametro vero della fune sarà D'' = D' + 0,35 * D' = 24 + 0,35 * 24 = 32,4 mm. In commercio la misura più vicina per eccesso è D = 36 mm, e questa viene acquistata.
CARICO DI PUNTA:
definizione: si chiama carico di punta la compressione agente su travi sottili, cioè su travi tali che i lati della loro sezione sono molto minori della loro lunghezza (per esempio una riga per il disegno o anche le bielle dei motori).
conseguenze: per effetto della forza di compressione queste travi (definite puntoni) si piegano come se fossero soggette a flessione.
cenno per il calcolo: il metodo più diffuso per il calcolo delle travi sottili è il metodo w che consiste nel maggiorare il carico (la forza agente) secondo delle percentuali (riportate nei manuali appositi), in funzione dei vincoli e della "snellezza" della trave.

(a) La caduta di una costruzione (casa, ponte) o la rottura di una macchina può avere tre possibili cause: 1) cattiva progettazione, nel senso che non sono state considerate tutte le forze; 2) cattiva costruzione, nel senso che non sono stati adoperati i materiali adatti; 3) insorgenza di situazioni non prevedibili (ad esempio non è sensatamente prevedibile la caduta di 3 metri di neve a Cagliari).
(b) E' qui che nasce il conflitto fra l'utilizzatore della costruzione e il suo costruttore: il primo ha interesse alla massima sicurezza, il secondo ha interesse al massimo profitto. Il punto d'incontro può essere il costo dell'opera, sia sotto forma di prezzo immediato, sia sotto forma di durata nel tempo.
(c) Se smontiamo una fune vediamo che ci sono dei fili attorcigliati fra loro che costituiscono i trefoli; i trefoli sono poi attorcigliati attorno ad un'anima, costruendo la fune; le funi a loro volta possono essere attorcigliate intorno ad un'altra anima, costruendo delle funi ancora più grosse. Tra filo e filo e tra i trefoli resta del vuoto, il che appunto rende la sezione totale solo apparente
(d) Il modulo di elasticità normale o di Young rappresenta lo sforzo s [kg/mm²] che produce su una trave di lunghezza iniziale l un allungamento pari a l, cioè è capace di raddoppiare la lunghezza della trave. Per l'acciaio da costruzione vale mediamente 20.000 [kg/mm²], ovvero circa 200.000 [N/mm²].