Scorrimento viscoso

Parametri coinvolti

Dato che T_S è circa pari a 0,4 T_F, 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 alliganti; oligo-elementi quali boro e zirconio, invece, ostacolano lo slittamento dei bordi dei grani.

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

${\displaystyle T(log(t)+C)=f(\sigma )}$

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

I trattamenti e la fabbricazione

Per migliorare la resistenza allo scorrimento viscoso sono utili i trattamenti che contribuiscano a ridurre la superficie dei giunti, come ricottura, normalizzazione, 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'ossigeno, che potrebbe ossidare l'alluminio e il titanio quasi sempre presenti).

Andamento nel tempo delle deformazioni viscose

Nel diagramma deformazione-tempo di un provino di calcestruzzo sottoposto a carico, la deformazione totale al tempo t 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.

Prassi progettuale

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 tensioni ammissibili, l’effetto combinato di fluage e ritiro è incluso nel modulo n, generalmente assunto pari a 15;
• nel calcolo di strutture iperstatiche, si tende a trascurare le sollecitazioni torsionali derivanti dalle condizioni di congruenza.

Effetti sulle strutture

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 calcestruzzo armato precompresso, fenomeno aggravato dal ritiro.

Effetti positivi principali:

• attenuazione delle punte di tensione, ad esempio negli angoli di telai o nelle zone di discontinuità;
• riduzione delle tensioni coatte, contribuendo a una più equilibrata distribuzione degli sforzi interni