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Il fenomeno della fatica nelle membrature metalliche

La fatica è un fenomeno che, se non attentamente valutato, può portare alla crisi della struttura senza preavviso, inducendo rotture di tipo fragile negli elementi sollecitati.

22 Agosto 2022
membrature metalliche
ing. Mattia Gallo
Ingegnere strutturista libero professionista specializzato nella progettazione di ponti e viadotti.

La fatica costituisce insieme alla corrosione una delle principali cause di danneggiamento di membrature metalliche. Tale fenomeno è strettamente legato al numero di cicli ed all’ampiezza della variazione tensionale cui l’elemento è soggetto e può comportare una crisi di natura fragile anche in materiali solitamente considerati duttili come l’acciaio. Ciò che accade è che l’applicazione di un carico ciclico induce un’amplificazione dei difetti presenti nel materiale causandone un aumento del danneggiamento che si traduce in una diminuzione della resistenza meccanica del materiale stesso.

Microscopicamente il fenomeno della fatica può essere suddiviso in tre fasi:

  1. NUCLEAZIONE: l’enucleazione di una cricca è legata ai fenomeni di interazione tra i grani che i instaurano sotto l’effetto di azioni ripetute: i piani cristallini che caratterizzano il metallo scorrono gli uni sugli altri generando discontinuità geometriche in cui si genera una locale concentrazione di sforzi.

2. PROPAGAZIONE: la cricca tende a propagarsi in direzione ortogonale a quella dell’applicazione del carico. Tale fenomeno può essere valutato mediante la legge di Paris:

In cui C ed m sono costanti funzione del materiale e dello stato di sforzo agente sul materiale, N rappresenta il numero di cicli cui è sottoposto il materiale ed a la semilunghezza della cricca.

3. ROTTURA: rappresenta la fase finale e culminante del processo di danneggiamento innescato dalla fatica. La rottura viene raggiunta quando la sezione resistente, ridotta progressivamente a causa del danneggiamento, è soggetta ad una tensione superiore a quella di rottura del materiale.

L’estensione della zona di propagazione e della zona di rottura sono correlate tra loro da un legame di proporzionalità indiretta funzione della variazione tensionale cui è soggetto l’elemento. Maggiore è la variazione tensionale minore è l’area di propagazione della cricca.

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