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Lo mwcascorrimento viscoso (talvolta chiamato col termine inglese: mwcqcreep) è la deformazione di un mwcgmateriale sottoposto a sforzo costante che si verifica nei materiali mantenuti per lunghi periodi ad alta temperatura. Tale fenomeno è presente nei materiali mwcwviscoelastici (tra cui l'mwdaacciaio, il mwdqcalcestruzzo e le mwdgmaterie plastiche).

La trattazione parte da quella del mweaflusso di Stokes di un mweqfluido newtoniano.

Il fenomeno duale, cioè la diminuzione nel tempo delle tensioni iniziali, anche a una deformazione costante nel tempo, è detto mwewrilassamento degli sforzi.

• Materiali metallici

• Parametri coinvolti

• I trattamenti e la fabbricazione

• Lo scorrimento viscoso nel calcestruzzo

• Andamento nel tempo delle deformazioni viscose

• Prassi progettuale

• Effetti sulle strutture

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Lo scorrimento viscoso si manifesta al di sopra della temperatura di scorrimento (Ts), coincidente indicativamente con la temperatura di mwgwricristallizzazione e approssimabile, in media, alla metà della temperatura di mwhafusione misurata in mwhqkelvin.

Si possono distinguere tre fasi principali quando il processo avviene a T > Ts e sollecitazione costante:

• mwiqprima fase: all'applicazione del carico si ha la deformazione elasto-plastica, che aumenta con velocità decrescente favorita dalla mobilità delle mwiwdislocazioni più favorevoli (segue una mwjacurva logaritmica);

• mwjgseconda fasemwjw : si stabilisce un equilibrio tra l'incrudimento e la ricristallizzazione: la deformazione prosegue a velocità quasi costante e bassa relativamente a quella presente nella fase successiva;

• mwkqterza fase: la deformazione aumenta rapidamente, arrivando velocemente alla rottura, a causa delle microcricche appuntite e dei microvuoti tondeggianti (nei punti di incontro di tre cristalli) e soprattutto dello scorrimento diffusivo dei giunti dei grani (cioè i grani si allungano per diffusione di atomi nella direzione della trazione e di vacanze nella direzione normale).

In caso di T < TmwlwS, lo sforzo costante induce una deformazione elastica e plastica senza che questa continui fino a rottura: non vi è infatti abbastanza energia per muovere le dislocazioni meno favorevolmente orientate, quindi ad un certo punto la deformazione si arresta.

Il meccanismo che origina lo scorrimento viscoso è dovuto ad una competizione continua tra processi di incrudimento e di restaurazione strutturale del materiale, che regolano il moto delle dislocazioni.

Nel primo stadio prevale l'mwmgincrudimento e quindi la velocità di deformazione diminuisce nel tempo; nel secondo stadio i due processi si bilanciano e la deformazione prosegue in quanto il rilassamento strutturale riduce il tasso di incrudimento. Infine nel terzo stadio avviene la mwmwrottura del materiale, in seguito ad uno scorrimento tra grani.

Lo scorrimento viscoso è un fenomeno termicamente attivato e la velocità di deformazione può essere descritta da una mwnglegge di Arrhenius.

Dato che TmwoqS è circa pari a 0,4 TmwogF, per la costruzione di componenti che debbano essere utilizzati a temperatura elevata si preferiscono materiali altofondenti. Escludendo il terzo stadio, il creep è influenzato dalla presenza di numerosi piani di facile scorrimento; quindi sono svantaggiati i metalli con reticolo C.F.C. (cubico a facce centrate) mentre la resistenza al creep risulta importante per materiali ingegnerizzati (materiali con bordi colonnari) o ancora meglio, resistono al creep materiali monocristallini (per esempio palette per le turbine). Lo slittamento delle dislocazioni può inoltre essere diminuito grazie all'inserimento di elementi mwowalliganti; oligo-elementi quali mwpaboro e mwpqzirconio, invece, ostacolano lo slittamento dei bordi dei grani.

Sperimentalmente la progettazione a creep è effettuata per i metalli con la relazione di Larson-Miller:

mwqq T ( l o g ( t ) + C ) = f ( σ σ ) {\displaystyle T(log(t)+C)=f(\sigma )}

Dove mwqw T {\displaystyle T} è la temperatura di esercizio, mwra t {\displaystyle t} è il tempo di vita a rottura del materiale, mwrq f ( σ σ ) {\displaystyle f(\sigma )} la funzione interpolante i dati sperimentali (in genere si determina con un carico costante, dunque il secondo termine sarà costante) e mwrg C {\displaystyle C} è un parametro sperimentale caratteristico del metallo.

Per migliorare la resistenza allo scorrimento viscoso sono utili i trattamenti che contribuiscano a ridurre la superficie dei giunti, come mwsqricottura, mwsgnormalizzazione, solidificazione direzionale, creazione di oggetti in monocristallo.

La resistenza può essere aumentata anche da operazioni quali per esempio deformazioni plastiche preventive a freddo che ostacolino le dislocazioni, la precipitazione di particelle all'interno dei cristalli sotto alla temperatura di equicoesione o tra i cristalli per temperature superiori.

La produzione di metalli resistenti al creep avviene spesso sotto vuoto per eliminare le impurezze gassose (in particolare l'mwtqossigeno, che potrebbe mwtgossidare l'mwtwalluminio e il mwuatitanio quasi sempre presenti).

Il mwuwritiro e il fluage (o scorrimento viscoso) rappresentano le principali mwvadeformazioni differite del mwvqcalcestruzzo, ossia quelle che si manifestano progressivamente nel tempo. In particolare, lo scorrimento viscoso è definito come una deformazione differita nel tempo a struttura soggetta a carico.

Il fenomeno è dovuto alla mwvwmigrazione dell’acqua non combinata chimicamente dal gel di cemento verso i vuoti capillari, provocando una contrazione volumetrica del materiale.

L’entità dello scorrimento viscoso dipende da diversi fattori: la composizione del calcestruzzo, le dimensioni dell’elemento strutturale, le condizioni ambientali (soprattutto l’umidità relativa), l’intensità e la durata dei carichi applicati, nonché il grado di mwwqmaturazione del calcestruzzo al momento del carico.

Nel diagramma deformazione-tempo di un provino di calcestruzzo sottoposto a carico, la deformazione totale al tempo mwxat è composta da una componente elastica (εₑ), immediata e costante nel tempo, e da una componente viscosa (εᵥₜ), che evolve progressivamente in funzione del tempo e del carico.

Con il passare del tempo, εᵥₜ tende asintoticamente a un valore limite εᵥ∞, generalmente pari a 2–3 volte la deformazione elastica.

Se il provino viene scaricato in un istante t, si osserva un ritorno elastico istantaneo (εₑᵢ) inferiore a εₑ, seguito da un ritorno elastico differito (εₑd). Rimane infine una deformazione residua (εᵥʀ), che rappresenta la parte irreversibile del fenomeno.

Nella pratica progettuale non si eseguono calcoli specifici per quantificare l’effetto dello scorrimento viscoso, che viene tuttavia considerato implicitamente in diversi casi:

• nel metodo delle mwywtensioni ammissibili, l’effetto combinato di fluage e ritiro è incluso nel modulo n, generalmente assunto pari a 15;

• nel mwzqcalcolo di strutture mwzgiperstatiche, si tende a trascurare le sollecitazioni mwzwtorsionali derivanti dalle condizioni di congruenza.

Gli effetti del fluage possono essere negativi o positivi a seconda dei casi.

Effetti negativi principali:

• aumento dell’inflessione nelle strutture soggette a flessione, amplificato dalla presenza del ritiro;

• incremento della curvatura dei pilastri sotto carichi eccentrici, con conseguente riduzione della forza portante;

• perdita della forza di precompressione nelle strutture in mwbwcalcestruzzo armato precompresso, fenomeno aggravato dal ritiro.

Effetti positivi principali:

• attenuazione delle punte di mwcwtensione, ad esempio negli angoli di mwdatelai o nelle zone di discontinuità;

• riduzione delle mwdgtensioni coatte, contribuendo a una più equilibrata distribuzione degli mwdwsforzi interni

• Aurelio Ghersi, mwfgTecnica delle costruzioni - il Cemento Armato, I parte.

• Elio Giangreco, mwgaTeoria e tecnica delle costruzioni, vol. I, Liguori Editore.

• Fritz Leonhardt, mwggCalcolo di progetto e tecniche costruttive, vol. I, ETS.

• Mario Collepardi, mwhaV come viscosità, Enco Journal.

• Vito Alunno Rossetti, mwhgIl Calcestruzzo - Materiali e Tecnologia, McGraw-Hill Editore.

• William D. Callister, mwiaScienza e Ingegneria dei Materiali, McGraw-Hill Editore.

• mwjaFlusso di Stokes

• mwjgRitiro del calcestruzzo

• mwkaRilassamento degli sforzi

• mwkgViscoelasticità

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Scorrimento viscoso

• citerefbritannica-com(EN) creep, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.