Si puo utilizzare come tecnica costruttiva per un solaio misto legno-cls. un sistema di connessione basato su tirafondi in acciaio?

ultimo aggiornamento
05.11.2015 (08.08.2007)
Nr.: 7260

Risposta team esperti Ing. Mauro Andreolli:

La realizzazione di solai composti legno-calcestruzzo permette di ottenere vantaggi legati ad aspetti statici e funzionali: aumento di resistenza e rigidezza, buona capacità  del solaio, sollecitato da azioni orizzontali, di lavorare a diaframma rigido, buona resistenza al fuoco, controllo delle vibrazioni, ecc. Per rendere la soletta collaborante con le travi lignee si deve procedere ad un collegamento ottenuto in genere mediante barre d’acciaio o lame inserite in appositi alloggiamenti nell’elemento ligneo e a questo solidarizzate mediante resine epossidiche, oppure mediante viti o altri connettori metallici di vario tipo da fissarsi meccanicamente, senza l’utilizzo di collanti.

Un sistema di connessione che puo essere adottato è l’utilizzo di tirafondi (UNI 704: Viti per legno a testa esagonale; DIN 571 Sechskant-Holzschrauben). Si vedano a tale proposito le figure riportate a lato.

Tuttavia è bene precisare che le rigidezze che si possono ottenere con questi sistemi di collegamento non sono comunque inferiori a quelle che si possono ottenere utilizzando altri sistemi come i connettori incollati.

Il passo da adottare va calcolato in funzione di carichi, luci, interassi tra le travi, ecc. in accordo alle norme, prestando particolare attenzione alle prescrizioni costruttive in esse riportate. Il calcolo dei solai composti legno-calcestruzzo puo essere eseguito applicando l’analisi semplificata riportata nell’appendice B della norma UNI EN 1995-1-1 (o in altri documenti normativi di comprovata validità  quali la DIN 1052:2004). Tale metodo di progettazione per elementi composti assemblati meccanicamente in modo cedevole è basato sulla teoria dell’elasticità  lineare (teoria di Moehler) e sulle ipotesi seguenti:

- le travi sono semplicemente appoggiate con luce l;

- le singole parti sono reciprocamente collegate tramite mezzi di unione meccanici aventi modulo di scorrimento K;

- la spaziatura s fra i mezzi di unione è costante oppure varia uniformemente secondo la forza di taglio tra s_min e s_max, con s_max ≤ 4 s_min;

- il carico agisce in direzione z, dando origine a un momento M = M (x ) che varia sinusoidalmente oppure parabolicamente, nonché a una forza di taglio V = V (x ).

Per quanto riguarda le viti caricate lateralmente la norma UNI EN 1995-1-1 al punto 8.7.1 afferma che nella determinazione della capacità  portante si deve tener conto della presenza della filettatura della vite, tramite l'utilizzo di un diametro efficace d_ef. In particolare:

- per le viti a gambo liscio, dove il diametro esterno della filettatura è uguale al diametro del gambo, si applicano le regole fornite nel punto 8.2 relativamente alla capacità  portante laterale di mezzi di unione metallici del tipo cilindrico, purché il diametro efficace d_ef sia assunto pari al diametro del gambo liscio e il gambo liscio penetri nell'elemento contenente la punta della vite per non meno di 4d;

- laddove le condizioni riportate al punto precedente non siano soddisfatte, si raccomanda che la capacità  portante della vite sia calcolata utilizzando un diametro d_ef pari a 1,1 volte il diametro del nucleo della filettatura.

La norma prevede inoltre l’utilizzo di regole diverse a seconda del tipo di diametro utilizzato:

- per viti a gambo liscio aventi un diametro d > 6 mm, si applicano le regole di cui al

punto 8.5.1 relativo ai bulloni caricati lateralmente;

- per viti a gambo liscio aventi un diametro uguale o inferiore a 6 mm, si applicano le regole di cui al punto 8.3.1 relativo ai chiodi caricati lateralmente.

Il punto 10.4.5 riporta i requisiti relativi alla messa in opera. Per le viti in legno di conifera con diametro del gambo liscio d ≤6 mm non è richiesta la preforatura. La preforatura è richiesta invece per tutte le viti in legno di latifoglie e per viti in legno di conifere aventi un diametro d > 6 mm, realizzando due prefori:

- un foro-guida per il gambo con lo stesso diametro del gambo e profondità  pari alla lunghezza del gambo stesso;

- un foro-guida per la porzione filettata avente un diametro pari approssimativamente al 70% del diametro del gambo.

L’utilizzo di tirafondi, di per sé sistema di connessione poco costoso, comporta nella fase di posa in opera ad un aumento di costi per la necessità  di realizzare la preforatura dell’elemento ligneo, a differenza delle viti autofilettanti, studiate per permettere la messa in opera senza preforo.

Il comportamento delle connessioni è fondamentale per il calcolo delle strutture composte, in quanto esse fanno collaborare trave lignea e soletta, limitando lo scorrimento relativo fra gli elementi. Se la resistenza della connessione (nel caso specifico vite a testa esagonale) va calcolata facendo riferimento al già  citato punto 8.7.1, il modulo di scorrimento K_ser per piano di taglio e per ciascun mezzo di unione in condizioni di esercizio va calcolato secon il prospetto 7.1. Nel caso di viti:

 K_ser = ρ_m^1,5 d / 23

dove ρ_m è la massa volumica media dell'elemento ligneo espressa in kg/m³ e d è il diametro in mm.

Nel caso di connessioni calcestruzzo-legno il valore ottenuto puo essere moltiplicato per 2,0.

Allo stato limite ultimo (si veda il punto 2.2.2) si ha invece:

K_u = 2 / 3 K_ser

Riferimenti bibliografici

Esiste un grande numero di pubblicazioni riguardanti il progetto di strutture composte legno-calcestruzzo. Si citano ad esempio:

Piazza M., Tomasi R., Modena R. (2005), Strutture in legno - Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, Ulrico Hoepli Editore, Milano

Kreuzinger, Mechanically jointed beams and columns, STEP 1, Lecture B11, STEP/Eurofortech

Ceccotti, Timber-concrete composite structures, STEP 2, Lecture E13, STEP/Eurofortech

Normative:

DIN 1052:2004 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken. Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln fúr den Hochbau

UNI EN 1995-1-1 Eurocodice 5. Progettazione delle strutture di legno. Parte 1-1: Regole generali - Regole comuni e regole per gli edifici.

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