Modalità di verifica di un'unione Acciaio-Legno con Viti

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Come verificare un Sistema di Ancoraggio su una struttura in legno, in conformità a con UNI EN 1995-1-1:2005 – “Eurocodice 5 Progettazione delle strutture di legno"

Dalla teoria alla pratica applicativa per la verifica di un Acciaio-Legno

Vengono di seguito esplicitate le modalità di calcolo delle resistenze associate alla singola tipologia di collasso in conformità alla UNI EN 1995-1-1:2005 – “Eurocodice 5 Progettazione delle strutture di legno”.

supporto legno

SIMBOLOGIA
α Angolo di Rotazione della Resistenza a Estrazione rispetto alla direzione della Fibratura
ρk Massa Volumica Caratteristica
fuvk Resistenza Caratteristica a Trazione
fax,k Resistenza Caratteristica a Estrazione ortogonalmente alla direzione della fibratura
fax,α,k Resistenza Caratteristica a Estrazione secondo un angolo α  rispetto alla direzione della fibratura
fh,k Resistenza Caratteristica a Rifollamento dell’Elemento Ligneo
Fax,α,Rk Capacità Caratteristica a Estrazione di Connessioni
Fv,Rk Capacità Caratteristica per Piano di Taglio e per Mezzo di Unione
My,Rk Momento Caratteristico di Snervamento per Mezzo di Unione

Viti Caricate Assialmente

Partendo dalla resistenza caratteristica a estrazione in direzione ortogonale alla fibratura fax,k = 3.6 ∙ 10-3 ρk1.5, è possibile calcolare la resistenza a estrazione in funzione di un generico angolo α di inclinazione rispetto alla direzione della fibratura.


fax,α,k = fax,k ⁄ (sin α 2 + 1.5 cos⁡ α 2 )

La capacità caratteristica effettiva a estrazione della singola vite risulta, dunque, uguale a:

Fax,α,Rk,Vite = (πdlef )0.8 fax,α,k

Convite filettata

  • d – diametro esterno misurato sulla parte filettata;
  • lef – lunghezza di penetrazione, dal lato della punta, della parte filettata meno un diametro della vite.

La capacità totale di una connessione caratterizzata da un numero n di viti è pari a Fax,α,Rk = nef Fax,α,Rk,Vite , dove nef = n0.9 è il numero efficace di viti.

NOTA TECNICA:

L’eventuale filettatura della vite determina, nel calcolo della capacità portante, l’utilizzo di un diametro efficace def.

Viti Caricate Lateralmente

Evidenze sperimentali hanno mostrato che se una connessione acciaio-legno viene caricata con un’azione di taglio la risposta in termini di capacità portante è fortemente correlata con lo spessore delle piastre di acciaio che costituisco la connessione. Da questo forte legame nasce la necessità di classificare le unioni come segue e di differenziare le modalità di calcolo della capacità portate a seconda della casistica di riferimento.

PIASTRA DI ACCIAIO SOTTILE A TAGLIO SINGOLO
piastra acciaio

PIASTRA DI ACCIAIO SPESSA A TAGLIO SINGOLO
piastra acciaio
I simboli per gli spessori nelle connessioni sono definiti come segue:

  • t1 è la dimensione minore tra lo spessore dell’elemento ligneo e la profondità di penetrazione.

 

spessore

Nel caso di PIASTRA SOTTILE le modalità di rottura sono associabili a una predominanza di:

Rifollamento piastra

Rifollamento piastra

Formazione della cerniera plastica nel connettore

Formazione della cerniera plastica nel connettore

Nel caso di PIASTRA SPESSA le modalità di rottura sono associabili a una predominanza di:

Rifollamento elemento ligneo

Rifollamento elemento ligneo

Formazione della cerniera plastica nel connettore

Formazione della cerniera plastica nel connettore

Formazione di doppia cerniera plastica nel connettore

Formazione di doppia cerniera plastica nel connettore

Il comportamento delle piastre di spessore intermedio tende a quello delle piastre sottili man mano che lo spessore si riduce, dell’altro canto, se lo spessore aumenta, si avvicina al comportamento delle piastre spesse. Il valore Capacità Caratteristica viene, dunque, ricavato per interpolazione.

Per il calcolo del valore caratteristico del momento di snervamento va notato che il comportamento della vite tende a quello del Bullone per grandi diametri, mentre si avvicina al comportamento dei chiodi per piccoli diametri. Da tali considerazioni, la necessità di differenziare le modalità di calcolo in funzione del diametro della vite stessa, in particolare per valore limite si utilizza il 6 mm.

Viti con d > 6 mm

Per le viti con diametro superiore a 6 mm, nel calcolo della resistenza a carico laterale, si applicano le stesse regole delle connessioni con bulloni, di seguito esplicitate.

My,Rk = 0.3fuvk kd2,6

  • My,Rk – valore caratteristico del momento di snervamento;
  • fuvk – resistenza caratteristica a trazione;
  • d – diametro della vite.

Viene, inoltre, adottato il seguente calore per la resistenza caratteristica a rifollamento del legno e del LVL, per un angolo α rispetto alla direzione della fibratura:

fibratura

Dove:

  • legno
  • fh,0,k – resistenza caratteristica a rifollamento, parallelamente alla fibratura;
  • ρk – massa volumica caratteristica del legno;
  • α – angolo formato dalla retta di azione del carico e la fibratura;
  • d – diametro della vite.

Per una fila di  viti parallela alla direzione della fibratura, la capacità portante parallela alla fibratura viene calcolata utilizzando il numero efficace di bulloni nef dove:

nef

  • a1  – spaziatura fra viti in direzione della fibratura;
  • d – diametro della vite;
  • n – numero di viti nella fila.

Per carichi ortogonali alla fibratura, il numero efficace di mezzi di unione viene assunto pari a:

neff = n

Per angoli 0° < α < 90° fra direzione del carico e direzione della fibratura, neff viene determinato per interpolazione.

Viti con d < 6 mm

Per le viti con diametro inferiore o uguale a 6 mm, nel calcolo della resistenza a carico laterale, si applicano le stesse regole delle connessioni con chiodi, di seguito esplicitate.

Viti con d < 6 mm

  • My,Rk – valore caratteristico del momento di snervamento;
  • fuvk – resistenza caratteristica a trazione;
  • d – diametro della vite.

Le resistenze caratteristiche a rifollamento sono le seguenti:

Senza Preforatura

Senza Preforatura

Con Preforatura

con Preforatura

Dove i parametri assumono i seguenti significati:

  • ρk – massa volumica caratteristica del legno;
  • d – diametro della vite.

Per una fila di n  viti disposti parallelamente alla fibratura, a meno che le viti di tale fila siano sfalsate ortogonalmente alla fibratura per almeno un diametro, viene utilizzato un numero efficace di mezzi di connessione nef per valutare la capacità portante parallela alla fibratura.

capacità portante

nef = nkef

Dove:

  • n – numero di viti in una fila;
  • nef – numero efficace di viti nella fila;
  • kef – valori forniti nella seguente tabella.
Passo kef
Senza Preforatura Con Preforatura
a1 ≥ 14d 1,0 1,0
a1 = 10d 0,85 0,85
a1 = 7d 0,7 0,7
a1 = 4d 0,5
Per valori intermedi del passo kef è valutato per interpolazione lineare

Come verificare un ancoraggio Acciaio-Legno con Viti

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