Che cos'è una trave di cemento?
Nell'ingegneria strutturale, una trave di cemento è un'unità portante che può essere utilizzata per trasportare carichi sia orizzontali che verticali. Conosciute come travi di cemento armato o travi di cemento armato (RCC), queste travi sono realizzate racchiudendo barre di acciaio, piastre o fibre all'interno del calcestruzzo. Tale rinforzo in acciaio aumenta la resistenza della trave e consente alla trave di far fronte alle sollecitazioni di trazione e resistere alla flessione. Senza il rinforzo in acciaio, la trave di cemento sarebbe fragile e si spezzerebbe sotto i carichi che le sono stati imposti.
Il coefficiente di dilatazione termica di calcestruzzo e acciaio è simile. Questa somiglianza assicura che ci siano piccole o nessuna sollecitazione interna causata dall'espansione termica e dalle differenze di contrazione termica tra i due materiali. Tali differenze potrebbero altrimenti indebolire la trave di cemento. Un altro fattore che consente un'ulteriore efficiente trasmissione delle sollecitazioni tra l'acciaio e il calcestruzzo è che quando il cemento bagnato applicato all'acciaio si asciuga, la sua superficie corrisponde esattamente a quella della superficie dell'acciaio. Per migliorare l'adesione dell'acciaio e del calcestruzzo, l'acciaio viene generalmente ondulato o irruvidito.
Il rivestimento dell'acciaio all'interno del calcestruzzo lo protegge dalle intemperie e impedisce la corrosione dell'acciaio. Se l'acciaio arrugginisse, si espanderebbe, si spezzerebbe e si separerebbe dall'involucro di cemento. Ciò indebolirebbe di nuovo la costruzione del raggio.
Le travi in cemento sono ampiamente utilizzate nella costruzione di edifici contemporanei e nella costruzione di ponti autostradali. È comune usare travi in cemento armato precompresso. Queste travi sono realizzate allungando i tendini in acciaio ad alta resistenza, gettando il calcestruzzo attorno a loro e quindi rilasciando i tendini quando il calcestruzzo inizia a polimerizzare. Le sezioni rettangolari e le sezioni trasversali universali sono comunemente utilizzate nella costruzione di edifici con struttura in acciaio. Il raggio universale è anche noto come raggio I, raggio a flangia larga o colonna universale.
Vari metodi matematici, calcolati con un programma per calcolatrice del raggio, sono usati per determinare le forze interne ed esterne del fascio di cemento e le deflessioni del raggio. Le forze del fascio sono determinate dal metodo di rigidezza o spostamento diretto, dal metodo di distribuzione del momento e dal metodo di flessibilità. Le deflessioni del raggio sono determinate dal metodo di deflessione del pendio e dal metodo di lavoro virtuale. L'equazione del fascio di Eulero-Bernoulli viene comunemente utilizzata per eseguire l'analisi del fascio delle strutture del fascio.
Affinché una costruzione sia strutturalmente solida, è importante che gli ingegneri calcolino la quantità di carico che una trave di cemento può trasportare in sicurezza e il tipo di forze che le verranno imposte. Le deviazioni del raggio sono anche ricercate per motivi di sicurezza strutturale, come nel ridurre il contatto del fascio con materiali da costruzione che possono essere fragili. Le deviazioni del fascio possono anche essere eseguite per dare all'architettura un aspetto più esteticamente piacevole; per esempio, per garantire che non ci siano cedimenti nelle travi.