ITUD20110030A1 - Pilastro per costruzioni edili - Google Patents
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Description
"PILASTRO PER COSTRUZIONI EDILI"
CAMPO DI APPLICAZIONE
II presente trovato si riferisce ad un pilastro in acciaio e cemento applicabile a strutture portanti di costruzioni edili monopiano e pluripiano, ed utilizzabile in zone a rischio sismico .
STATO DELLA TECNICA
Sono noti i problemi che, nelle zone soggette a sisma, si riferiscono ai pilastri i quali vengono ad essere soggetti a forze laterali che si ripercuotono sui nodi e da detti, sui pilastri stessi.
Qui e nel seguito della descrizione e delle rivendicazioni per nodi della struttura sono intese le zone di interconnessione fra i pilastri e le travi portanti di solai.
Tali forze laterali, stando le soluzioni attuali costruttive, generano sollecitazioni che riescono a danneggiare il nodo fra trave e pilastro o a creare una flessione tale nel pilastro che lo portano al crollo .
II presente trovato si pone lo scopo di incrementare la capacità deformativa della zona critica dei pilastri senza sostanziale incremento di forze e quindi di evitare i crolli e le rotture o danneggiamenti che possono portare alla inagibilità della struttura.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questo ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti.
Le rivendicazioni dipendenti espongono varianti costruttive del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.
In accordo con il suddetto scopo, un pilastro per costruzioni edili comprende un'armatura a sviluppo sostanzialmente longitudinale al pilastro annegata da un getto di calcestruzzo.
Secondo una variante, oltre all'armatura il pilastro può essere provvisto di un anello cerchiante esterno, o camicia, mentre la sezione può essere la più varia.
Secondo un aspetto del presente trovato, detto pilastro, in posizione corrispondente a, ovvero prossima, ad un nodo, o in una sua posizione intermedia lungo il pilastro stesso, comprende almeno un elemento separatore di tipo a piastra che si estende sostanzialmente per l'intera sezione trasversale del pilastro. Detto elemento separatore à ̈ attraversato da detta armatura con funzione di dissipazione e/o da primi elementi dissipatori, distinti ed autonomi rispetto ad altre parti dell'armatura o del pilastro. Detto almeno un elemento separatore presenta una deformabilità che à ̈ maggiore di quella del calcestruzzo sì da potersi deformare nel caso di sollecitazioni dovute a sisma .
Secondo il trovato, la funzione di elemento dissipatore può essere svolta dai suddetti primi elementi dissipatori e/o da secondi elementi dissipatori che sono i ferri dell'armatura.
Gli elementi dissipatori sono saldamente ancorati ad un elemento di appoggio posto sostanzialmente al di sotto dell'elemento separatore. L'elemento di appoggio, per come qui inteso, può essere una piastra portante, anch'essa solidale alla parte sottostante, o un getto di calcestruzzo, o il getto di calcestruzzo in cui à ̈ annegata l'armatura, o una fondazione, o altro elemento solido idoneo a sostenere adeguatamente il pilastro ed a costituire ancoraggio stabile per i ferri di armatura e/o per gli elementi dissipatori.
È nello spirito del trovato prevedere che l'elemento separatore sia almeno parzialmente elastico ad esempio in materiale simile, assimilabile o uguale, al materiale commercialmente noto come neoprene, anche se non à ̈ escluso l'utilizzo di altri materiali aventi deformabilità assimilabile a quella del neoprene.
In altre forme di realizzazione l'elemento separatore à ̈ un qualsiasi materiale o dispositivo in grado di realizzare una discontinuità di tipo strutturale lungo l'estensione del pilastro.
Secondo il trovato, durante un evento sismico, per effetto delle forze laterali, si viene così a creare, tra parte superiore e base di appoggio dell'elemento separatore, una fessura a sezione triangolare, o simile, che ponendo in trazione gli elementi dissipatori, genera una dissipazione dell'energia sismica.
Il calcolo degli elementi dissipatori, in tale zona di dissipazione, può prevedere un dimensionamento adeguato all'allungamento ammesso, eventualmente estendendo la zona non aderente tra elementi dissipatori e calcestruzzo, ovvero aumentando lo spessore dell'elemento separatore, o prevedendo l'inserimento di elementi di rivestimento degli elementi dissipatori per realizzarli almeno parzialmente non aderenti al calcestruzzo .
Se l'energia assorbita à ̈ tale da mantenere la trazione e/o la compressione degli elementi dissipatori entro il campo elastico dell'acciaio, la struttura non viene danneggiata.
L'elemento separatore presenta uno spessore adeguato alle esigenze di progetto ed al carico che dovrà sopportare, nonché alla tipologia del materiale costituente.
A titolo di puro esempio, per un pilastro di circa 20 cm x 20 cm alto da 4 a 5 metri, lo spessore dell'elemento separatore può essere compreso tra 0,8 mm e 5,0 mm, vantaggiosamente tra 1,0 e 1,5 mm.
Per un pilastro da 50 cm x 50 cm ed alto circa 3 metri, lo spessore dell'elemento separatore sarà compreso tra 10 mm e 50 mm vantaggiosamente tra 25 mm e 35 mm.
Lo spessore dell'elemento separatore, secondo il trovato, può variare da 0,8 mm a 150 mm e più.
Va da se che tali valori possono variare in relazione alla particolare sismicità del sito di applicazione del pilastro, ovvero in ragione del livello di sismicità prevista per quella determinata zona e di conseguenza ad esigenze di progetto .
È nello spirito del trovato sia prevedere elementi di separazione piano paralleli, sia elementi di separazione con la parte centrale assente, sia elementi di separazione aventi sezioni differenti, eventualmente gradualmente differenziate, tra periferia e centro.
È nello spirito del trovato far lavorare almeno parte del pilastro mediante oscillazione attorno ad una cerniera.
È una variante del trovato far lavorare almeno parte del pilastro attorno ad un asse mediano alla sezione trasversale del pilastro stesso.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. la à ̈ una vista in sezione di un pilastro per costruzioni edili secondo il presente trovato;
- la fig. lb à ̈ una vista in sezione di un pilastro per costruzioni edili in una seconda forma di realizzazione;
- la fig. 2 Ã ̈ una vista in sezione di fig. 1 lungo la linea II;
- la fig. 3 Ã ̈ una prima variante di fig. 1;
- la fig. 4 Ã ̈ una seconda variante di fig. 1;
- la fig. 5 Ã ̈ una vista di dettaglio di un particolare di fig. 1 secondo alcune forme realizzative;
- la fig. 6 Ã ̈ una rappresentazione schematica di come lavora il trovato;
-- la fig. 7 Ã ̈ una variante di fig. lb;
- la fig. 8 Ã ̈ una variante di un particolare di fig. 3.
- la fig. 9 illustra un elemento separatore senza parte centrale, nel caso illustrato di forma toroidale;
- la fig. 10 illustra un elemento separatore a sezione differenziata e con perno di oscillazione entro l'area interna del pilastro;
- la fig. 11 illustra un pilastro con elemento separatore e due piastre portanti con rispettivi elementi dissipatori;
- la fig. 12 Ã ̈ una variante di fig. 4.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi aventi caratteristiche o funzioni identiche come presenti nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati, o sostituiti, in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE
PREFERENZIALI
Con riferimento alle figg. la e lb, un pilastro per costruzioni edili, che può essere di tipo normale con armatura interna, ovvero di tipo misto acciaio-cemento, ovvero di tipo solo cerchiato, viene indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10, e comprende un'armatura 14 metallica, costituita da ferri di armatura uniti fra loro a gabbia con modalità note, detta armatura 14 essendo immersa in un getto di calcestruzzo 16. Secondo il trovato, un elemento separatore 12, di tipo sostanzialmente a piastra, viene disposto in direzione sostanzialmente ortogonale rispetto all'asse del pilastro 10 mentre l'armatura 14 presenta i ferri che lo attraversano (figg. lb, 3, 4 e 7).
Secondo una variante (fig. 9) l'elemento separatore 12 presenta la parte centrale eliminata. Secondo un'altra variante (fig. 10) l'elemento separatore 12 presenta una sezione differenziata. Inoltre, in associazione con la sezione differenziata viene previsto che l'oscillazione della parte mobile del pilastro 10 avvenga in una forma a culla che porta l'oscillazione all'interno della sezione del pilastro evitando carichi concentrati, vantaggiosamente nell'intorno della zona centrale.
L'elemento separatore 12 può essere applicato in prossimità di un nodo 20 di interconnessione come rappresentato in fig. la oppure in posizione intermedia dell'estensione longitudinale del pilastro 10 come rappresentato in fig. lb o ancora (fig. 4), in prossimità del collegamento del pilastro 10 alla piastra di base delle fondazioni 30.
L'elemento separatore 12 (figg. 1 3 ) può cooperare con piastre o strutture portanti 22 idonee per posizionare e sostenere travi 17 di un solaio, nel qual caso le piastre portanti 22 possono presentare vani per il transito di ferri di collegamento 18.
Secondo il trovato (figg. 1, 2, 5 e 7) il pilastro 10 può comprendere una camicia esterna 13 che può essere di solo contenimento ovvero cooperare a sostenere il carico, detta camicia 13, durante la fase di getto del calcestruzzo, fungendo da cassero per la realizzazione del pilastro 10 finito .
Nelle forme di realizzazione delle figg. la, lb e 5 à ̈ previsto che il pilastro 10 possa comprendere una seconda piastra 24 disposta a contatto contro una superficie dell'elemento separatore 12, la cui funzione à ̈ quella di equidistribuire il carico supportato dal pilastro 10.
La seconda piastra 24 può coprire completamente l'intera sezione trasversale del pilastro 10 e ad essa può venir saldata l'estremità della camicia esterna 13.
I ferri di armatura 14 (fig. la e 5) possono venir solidarizzati sia alla piastra portante che alla seconda piastra 24, ovvero possono venir solidarizzati unicamente alla seconda piastra 24 togliendo, o quanto meno riducendo, la loro capacità deformativa.
La seconda piastra 24 Ã ̈ disposta a contatto contro una superficie dell'elemento separatore 12, contrapposta rispetto a quella di contatto con la piastra portante 22.
La seconda piastra 24 à ̈ provvista di fori passanti realizzati in prossimità dei punti di attraversamento di primi elementi dissipatori 15, i quali a loro volta attraversano la seconda piastra 24 senza ancorarsi ad essa, in quanto si ancorano alla piastra portante 22.
Nel caso di applicazione del trovato in una posizione intermedia del pilastro 10 (figg. lb, 7) l'elemento separatore 12 viene attraversato dai ferri dell'armatura 14, e disposto fra un primo getto di calcestruzzo 16a ed un secondo getto di calcestruzzo 16b.
Nello specifico, il pilastro 10 comprende due seconde piastre 24 disposte sulle due superfici contrapposte dell'elemento separatore 12 ed estendentisi per l'intera sezione trasversale del pilastro 10. Anche in questo caso la camicia esterna 13 viene interrotta trasversalmente in prossimità delle due seconde piastre 24, lasciando ai ferri dell'armatura 14 la possibilità di deformarsi in caso di eventi sismici.
In questo caso, inoltre, la seconda piastra 24 disposta sotto l'elemento separatore 12 funge da elemento di appoggio dell'elemento separatore 12. Secondo una variante del presente trovato (fig.
7), elementi dissipatori 15 possono essere disposti passanti attraverso le due seconde piastre 24, e sono solidarizzati ad almeno una di esse.
Secondo un'altra variante (fig. H ), i ferri di armatura 14, della parte inferiore e della parte superiore del pilastro 10, terminano e si ancorano rispettivamente in corrispondenza della piastra portante 22 e della seconda piastra 24, non attraversando l'elemento separatore 12.
In questo caso i primi elementi dissipatori 15 partono, ancorati, da una e dall'altra piastra 22, 24, attraversano l'altra piastra 24, 22 e si estendono nell'altro getto di calcestruzzo (fig.
Nelle figg. 3 e 4 Ã ̈ illustrato un pilastro 10 senza camicia esterna 13 in acciaio.
La sezione del pilastro 10 può essere di forma qualsiasi a seconda delle esigenze di progetto.
Alla piastra portante 22, oltre a venire ancorati i ferri dell'armatura 14, possono venir ancorati anche i primi elementi dissipatori 15 che si estendono nel getto di calcestruzzo 16 e che attraversano l'elemento separatore 12.
I primi elementi dissipatori 15 possono essere solidarizzati alla piastra portante 22 in qualunque modo.
Le estremità libere che si estendono nel calcestruzzo, dei primi elementi dissipatori 15 sono provviste di mezzi di ancoraggio 23, nella fattispecie esemplificativa conformati a fungo, e che, nell'eventualità di un sisma, impediscono un qualunque sfilamento dei primi elementi dissipatori 15 dal getto di calcestruzzo 16.
La solidarizzazione dei primi elementi dissipatori 15 ed eventualmente dei ferri dell'armatura 14 alla piastra portante 22 avviene in corrispondenza di un piano di ancoraggio 27 superiore (fig. 1) o su un piano di ancoraggio inferiore 31 o su entrambi i piani della piastra portante 22.
In altre forme di realizzazione, l'elemento separatore 12 e i primi elementi dissipatori 15 possono essere disposti, con le modalità sopra descritte, anche sulla piastra portante 22 opposta a quanto descritto con riferimento a fig. 1, ovvero su un lato della piastra portante 22 opposto a quanto descritto nelle forme di realizzazione precedenti. Un esempio di tale applicazione à ̈ riportato in fig. 12 in cui la piastra portante 22 à ̈ disposta a contatto contro la superficie inferiore di un solaio 36 e ferri di ancoraggio 37 provvedono a mantenere ancorato il pilastro 10 alla base del solaio. L'elemento separatore 12, in tale forma di realizzazione, à ̈ disposto alla sommità del pilastro 10.
In caso di eventi sismici, i ferri di armatura 14 e/o i primi elementi dissipatori 15 sono predisposti per assorbire, nel grado voluto dal progettista, le sollecitazioni che avvengono a flessione e/o flesso-torsione.
In un'altra forma di realizzazione (fig. 4), l'elemento separatore 12 può essere previsto in prossimità della piastra portante 22 del pilastro 10, ovvero nella zona di collegamento con le fondamenta 30 mediante ferri di armatura 32.
In un'altra forma di realizzazione, l'elemento separatore 12 può essere disposto sotto la piastra portante 22.
Nella fig. 6 Ã ̈ illustrato come lavora una soluzione del trovato.
Durante un evento sismico, il pilastro 10 oscilla rispetto all'elemento separatore 12. Il pilastro 10 si appoggia sulla piastra portante 22 schiacciando l'elemento separatore 12 e ruotando attorno ad un punto di oscillazione 28, nel caso di specie a cerniera, secondo un angolo di divaricazione a.
Questo angolo di divaricazione a fa sì che i ferri dell'armatura 14 ed i primi elementi dissipatori 15 vengano portati in tensione dal getto di calcestruzzo 16 che li ingloba sollecitandoli a trazione.
Nella fig. 10 à ̈ illustrata una variante di come . può lavorare il pilastro 10. In detta variante, il punto di oscillazione 28 à ̈ posto nell'intorno della zona centrale del pilastro 10.
La sollecitazione a trazione trova una forza resistente nei ferri di armatura 14 e nei primi elementi dissipatori 15 che offrono una determinata capacità di resistenza flessionale, assorbendo parte delle forze in gioco. Quando le forze in gioco superano il limite elastico degli elementi dissipatori 15 e/o dei ferri dell'armatura 14, si arriva in condizione distruttiva di uno e/o dell'altro elemento dissipatore.
I primi elementi dissipatori 15 possono presentare anche altre forme tutte idonee a funzionare come sopra indicato.
Ad esempio, (fig. 5) i primi elementi dissipatori 15 possono comprendere un elemento tubolare 25, incorporato nel getto di calcestruzzo 16 e cooperante con il primo elemento dissipatore 15 che presenta mezzi di deformazione 33, il quale funge da elemento separatore per rendere i primi elementi dissipatori 15 non aderenti al getto di calcestruzzo 16.
L'elemento tubolare 25, in un'altra forma di realizzazione, può presentare anche una camicia esterna 26 che lascia spazio alla deformazione dell'elemento tubolare 25 stesso, evitando che il getto di calcestruzzo 16 ne impedisca o rallenti la deformazione. In questo caso à ̈ l'elemento tubolare 25, o anche l'elemento tubolare 25 a costituire l'elemento dissipatore. Nel caso in cui l'elemento tubolare 25 costituisca l'elemento dissipatore esso sarà ancorato solo nel calcestruzzo.
In modo analogo anche le parti dei ferri dell'armatura 14 che cooperano con la piastra 22 possono essere provviste di un elemento tubolare 25 del tipo suddetto per permettere tale deformazione. Tale elemento tubolare 25 può essere in metallo, legno, plastica o in altro materiale.
In una variante del presente trovato (fig. 8), sia i ferri dell'armatura 14 che il primo elemento dissipatore 15 sono provvisti ciascuno di un elemento di rivestimento 35 che, analogamente all'elemento tubolare 25 sopra descritto, funge da elemento separatore rendendo i ferri di armatura 14 ed i primi elementi dissipatori 15 stessi non aderenti al getto di calcestruzzo 16 per una lunghezza predeterminata.
La lunghezza dell'elemento di rivestimento 35 à ̈ a solo titolo esemplificativo compresa fra circa 10 cm e circa 100 cm anche se tale lunghezza à ̈ proporzionale all'estensione del pilastro 10 e al carico che il sistema assorbitore deve supportare. L'elemento di rivestimento 35 evita che il getto di calcestruzzo 16 circostante i primi elementi dissipatori 15 e/o i ferri di armatura 14 contrasti l'azione dissipativa venendo anch'esso interessato in termini distruttivi durante un evento sismico. È nelle capacità di un tecnico del settore prevedere che al pilastro fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato .
È nello spirito del trovato conformare la superficie di appoggio, e/o di sostegno, del pilastro 10 avente un'estensione piana orizzontale, piana inclinata, conica, a coppa, ecc... essendo almeno l'elemento separatore 12 idoneo a tale conformazione .
È anche nelle capacità di detto tecnico prevedere che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, si possa senz'altro realizzare secondo altre forme equivalenti di pilastro, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.
Claims (19)
- RIVENDICAZIONI 1. Pilastro per costruzioni edili, in calcestruzzo armato ovvero misto cemento-acciaio o cerchiato, comprendente un'armatura metallica (14) a sviluppo longitudinale immersa in un getto di calcestruzzo (16), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un elemento separatore (12) disposto sostanzialmente in posizione ortogonale allo sviluppo longitudinale, detto elemento separatore (12) à ̈ cooperante con elementi dissipatori (14 e/o 15, e/o 25), detto elemento separatore (12) cooperando altresì con un elemento di appoggio (22, 24) e presentando una deformabilità maggiore a quella del getto di calcestruzzo (16), gli elementi dissipatori (14, e/o 15, e/o 25) essendo ancorati all'elemento di appoggio (22, 24) e/o a detto getto di calcestruzzo (16).
- 2. Pilastro come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti elementi dissipatori sono costituiti dall'armatura metallica (14).
- 3. Pilastro come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi dissipatori sono primi elementi dissipatori (15).
- 4. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli elementi dissipatori sono elementi tubolari (25).
- 5. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto detto elemento di appoggio comprende una piastra portante (22) a cui sono solidarizzati gli elementi dissipatori (14, e/o 15) ed eventualmente detta armatura (14).
- 6. Pilastro come nella rivendicazione 3 e/o 4, caratterizzato dal fatto che i primi elementi dissipatori (15) e/o gli elementi dissipatori tubolari (25) si estendono all'interno del getto di calcestruzzo (16), e presentano mezzi di ancoraggio (23) al getto di calcestruzzo (16).
- 7. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli elementi dissipatori (14 e/o 15) comprendono, in prossimità della loro estremità di ancoraggio a detto elemento di appoggio (22, 24), un elemento separatore (25, 35) predisposto per renderli almeno parzialmente non aderenti al getto di calcestruzzo (16).
- 8. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento separatore (12) à ̈ in materiale deformabile quale neoprene o materiali simili o assimilabili ed ha una spessore compreso in un intervallo da 0.8 mm fino a 150 mm e più.
- 9. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'elemento separatore (12) Ã ̈ piano parallelo.
- 10. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che l'elemento separatore (12) presenta una sezione diametralmente differenziata.
- 11. Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che presenta un punto di oscillazione o di cerniera (28) nell'intorno della periferia del pilastro.
- 12 . Pilastro come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che presenta un punto di oscillazione (28) nell'intorno della parte centrale della sezione trasversale.
- 13. Procedimento di dissipazione dell'energia proveniente da un sisma ed applicato ad un pilastro (10) misto cemento acciaio comprendente un'armatura metallica (14) a sviluppo longitudinale immerso in un getto di calcestruzzo (16), caratterizzato dal fatto che detto pilastro (10) viene fatto operare almeno con un punto di cerniera o di oscillazione (28) disposto perifericamente fra un elemento separatore (11) ed un elemento di appoggio (22, 16b), almeno parte degli elementi dissipatori (14 e/o 15 e/o 25) venendo sollecitati a deformazione assiale mentre almeno parte di detto elemento separatore (11) venendo sottoposto a deformazione differenziata.
- 14. Procedimento come nella rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che 1'almeno un punto di oscillazione (28) coopera con un piano di ancoraggio (27) presente in una piastra portante (22)
- 15. Procedimento come nella rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto che detto getto di calcestruzzo (16) almeno comprime, in prossimità del punto di oscillazione (28), detto elemento separatore (12) prima di cooperare con il piano di ancoraggio (27).
- 16. Procedimento come nella rivendicazione 13 o 14 o 15, caratterizzato dal fatto che il punto di oscillazione (28) coopera a cerniera con l'interno di una porzione di bordo del pilastro (10).
- 17. Procedimento come nella rivendicazione 13 o 14 o 15, caratterizzato dal fatto che il punto di oscillazione (28) coopera con l'intorno di una zona centrale della sezione del pilastro (10).
- 18. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 in poi, caratterizzato dal fatto che gli elementi dissipatori (14 e/o 15 e/o 25) sono impediti a spostarsi assialmente all'interno del getto di calcestruzzo (16).
- 19. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 in poi, caratterizzato dal fatto che gli elementi dissipatori (14 e/o 15 e/o 25) assorbono l'energia mediante deformazione assiale.
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