capitolo 1 - Dipartimento di Strutture per l`Ingegneria e l`Architettura
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capitolo 1 - Dipartimento di Strutture per l`Ingegneria e l`Architettura
INDICE CAPITOLO 1................................................................................................... 4 SISTEMI DI COLLEGAMENTO PER ELEMENTI LIGNEI...................... 4 1.1. 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.5. INTRODUZIONE....................................................................................................................... 4 IL LEGNO LAMELLARE........................................................................................................... 6 Generalità ............................................................................................................................ 6 Produzione .......................................................................................................................... 6 Proprietà ............................................................................................................................ 12 UNIONI TRADIZIONALI (nodi di carpenteria) ...................................................................... 14 UNIONI MECCANICHE ......................................................................................................... 16 Connettori metallici a gambo cilindrico.......................................................................... 17 Connettori metallici di superficie..................................................................................... 21 ASPETTI NORMATIVI ............................................................................................................ 23 CAPITOLO 2................................................................................................. 27 IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI CONNETTORI METALLICI A GAMBO CILINDRICO........................................................................... 27 2.1. INTRODUZIONE .................................................................................................................... 27 MODELLO DI CALCOLO PER SOLLECITAZIONI PERPENDICOLARI ALL’ASSE DEL 2.2. CONNETTORE ...................................................................................................................................... 28 2.2.1. Osservazioni introduttive ................................................................................................. 28 2.2.2. Teoria di Johansen........................................................................................................... 29 2.2.2.1. Comportamento delle unioni legno-legno ..................................................................... 32 2.2.2.2. Comportamento delle unioni legno-acciaio .................................................................. 34 2.2.2.3. Comportamento dei collegamenti con piani di taglio multipli ..................................... 37 2.2.2.4. Collegamenti con mezzi di unione multipli.................................................................... 38 2.2.2.5. “Rope effect” - Effetto fune............................................................................................. 39 2.2.2.6. Comportamenti fragili e duttili ......................................................................................... 41 2.2.2.6.1. 2.2.2.6.2. Rigidezza................................................................................................................................43 Duttilità ....................................................................................................................................45 2.2.3. Comportamento dei collegamenti con chiodi ............................................................... 46 2.2.3.1. Comportamento delle unioni legno-legno ..................................................................... 50 2.2.3.2. Comportamento delle unioni pannello-legno................................................................ 51 2.2.3.3. Comportamento delle unioni acciaio-legno .................................................................. 52 2.2.4. Comportamento dei collegamenti con cambrette e graffe.......................................... 52 2.2.5. Comportamento dei collegamenti con bulloni .............................................................. 55 2.2.5.1. Comportamento delle unioni legno-legno e acciaio-legno ......................................... 56 2.2.5.2. Comportamento delle unioni pannello-legno................................................................ 57 2.2.6. Comportamento dei collegamenti con spinotti ............................................................. 57 2.2.7. Comportamento dei collegamenti con viti ..................................................................... 58 2.3. MODELLO DI CALCOLO PER SOLLECITAZIONI PARALLELE ALL’ASSE DEL CONNETTORE ...................................................................................................................................... 59 2.3.1. Osservazioni introduttive ................................................................................................. 59 2.3.2. Comportamento dei collegamenti con chiodi ............................................................... 60 2.3.3. Comportamento dei collegamenti con bulloni .............................................................. 62 2.3.4. Comportamento dei collegamenti con viti ..................................................................... 63 2.4. SOLLECITAZIONI COMBINATE PERPENDICOLARI E PARALLELE ALL’ASSE DEL CONNETTORE ...................................................................................................................................... 65 2.4.1. Comportamento dei collegamenti con chiodi ............................................................... 65 2.4.2. Comportamento dei collegamenti con bulloni .............................................................. 65 2.4.3. Comportamento dei collegamenti con viti ..................................................................... 65 2.5. DISPOSIZIONI COSTRUTTIVE.............................................................................................. 66 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 1 INDICE 2.5.1. 2.5.2. 2.5.3. 2.5.4. Chiodi ................................................................................................................................. 66 Bulloni e rondelle .............................................................................................................. 66 Spinotti ............................................................................................................................... 67 Viti ....................................................................................................................................... 68 CAPITOLO 3................................................................................................. 69 PROVE DI CARATTERIZZAZIONE DELLA VITE TECFI TT02 .......... 69 3.1. 3.2. 3.3. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.4. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.5.4. 3.6. 3.6.1. 3.6.2. 3.6.3. INTRODUZIONE..................................................................................................................... 69 IL PERCORSO DELLA MARCATURA CE ............................................................................. 69 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI DELLE CONNESSIONI SPERIMENTATE .............. 73 Il legno................................................................................................................................ 73 La vite TECFI TT02 .......................................................................................................... 74 La rondella......................................................................................................................... 76 MATRICE DELLE PROVE SPERIMENTALI.......................................................................... 77 PROVE DI ESTRAZIONE........................................................................................................ 78 Geometria dei provini....................................................................................................... 78 Setup di prova ................................................................................................................... 81 Modalità di esecuzione della prova................................................................................ 83 Risultati delle prove di estrazione .................................................................................. 84 PROVE A TAGLIO .................................................................................................................. 93 Setup di prova ................................................................................................................... 94 Modalità di esecuzione della prova................................................................................ 96 Risultati delle prove a taglio ............................................................................................ 97 CAPITOLO 4............................................................................................... 105 DISCUSSIONE DEI RISULTATI SPERIMENTALI .............................. 105 4.1. INTRODUZIONE................................................................................................................... 105 4.2. PROVE DI ESTRAZIONE...................................................................................................... 105 4.2.1. Confronti sull’influenza della direzione dell’asse della vite rispetto alla fibratura. 108 4.2.2. Confronti sull’influenza dei diametri. ............................................................................ 110 4.2.3. Confronti sull’influenza della profondità di infissione. ............................................... 111 4.3. PROVE A TAGLIO ................................................................................................................ 111 4.3.1. Confronti sull’influenza della direzione di applicazione del carico rispetto alla fibratura. 114 4.3.2. Confronti sull’influenza dei diametri. ............................................................................ 115 CAPITOLO 5............................................................................................... 118 CONCLUSIONI ........................................................................................ 118 BIBLIOGRAFIA......................................................................................... 123 LIBRI, REPORT, ATTI DI CONVEGNO ............................................................................................. 123 RIFERIMENTI NORMATIVI ............................................................................................................... 125 SITI INTERNET ................................................................................................................................... 127 ELENCO DELLE FIGURE....................................................................... 129 ELENCO DELLE TABELLE ................................................................... 132 ALLEGATI.................................................................................................. 133 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 2 INDICE ALLEGATO 1 ....................................................................................................................................... 133 ALLEGATO 2a ..................................................................................................................................... 134 ALLEGATO 2b ..................................................................................................................................... 135 ALLEGATO 3 ....................................................................................................................................... 136 ALLEGATO 4 ....................................................................................................................................... 137 APPENDICE A............................................................................................ 138 APPENDICE B............................................................................................ 165 APPENDICE C............................................................................................ 171 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 3 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei CAPITOLO 1 SISTEMI DI COLLEGAMENTO PER ELEMENTI LIGNEI 1.1. INTRODUZIONE L’uso del legno nella realizzazione di strutture è antichissimo, basti pensare alle palafitte in legno realizzate sull’acqua dai primi ominidi. Con l’evolversi delle civiltà questo materiale è stato sempre più sostituito dall’utilizzo di nuovi materiali (le murature e, in tempi più recenti, con lo sviluppo industriale, l’acciaio ed il conglomerato cementizio armato). In passato il legno veniva usato nella sua naturale conformazione e cioè come legno massiccio o attraverso l’uso di segati di legno, ma la continua ricerca dell’uomo nel realizzare strutture di dimensioni sempre maggiori e la difficoltà nel reperire in natura elementi lignei tali da soddisfare questi requisiti hanno spinto l’uomo fin dal XVI secolo a trovare nuove soluzioni tecnologiche. Queste soluzioni prevedevano l’utilizzo di segati di legno affiancati e resi solidali tra di loro con diverse tecniche che andavano dall’utilizzo di opportune scanalature e denti realizzati nei segati stessi all’utilizzo di staffe metalliche. Solo nel 1905 prende forma il legno lamellare oggi conosciuto con il brevetto Hetzer in cui le tavole vengono incollate tra di loro e si perviene all’elemento di dimensioni desiderate attraverso la sovrapposizione di più tavole e la giuntura nel senso longitudinale dell’elemento operata con la tecnica del giunto a dita. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 4 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Figura 1.1 Tecnologie per la realizzazione di elementi composti di tavole (Laner F.,1989). Un aspetto molto delicato nell’utilizzo strutturale del legno lamellare è sempre stato lo studio dei sistemi di collegamento tra più elementi come possono essere ad esempio un pilastro e una trave o ancora una trave secondaria ed una principale. La principale distinzione che può essere fatta è tra: - unioni tradizionali, le quali vengono realizzate attraverso la lavorazione delle superfici di contatto (carpentry joint); - unioni meccaniche, realizzate mediante l’inserimento di elementi metallici o l’utilizzo di collanti adesivi (mechanical joint). Quest’ultime possono essere a loro volta distinte in funzione del tipo di connettore utilizzato: - connettori metallici a gambo cilindrico (chiodi, bulloni, perni, viti e cambrette); - connettori metallici di superficie (caviglie, anelli, piastre dentate). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 5 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei La prima parte del presente lavoro di tesi prevede l’analisi teorica del comportamento meccanico dei connettori a gambo cilindrico, nello specifico le viti da legno, nei confronti di sollecitazioni assiali e taglianti rispetto all’asse del gambo. La seconda parte è costituita dalla caratterizzazione del prodotto attraverso le prove eseguite in laboratorio. Le viti da legno che sono state oggetto delle prove sono un prodotto della TECFI un azienda che opera nel settore del fissaggio. 1.2. IL LEGNO LAMELLARE 1.2.1. Generalità Il legno lamellare non è nient’altro che un nuovo modo di utilizzare un materiale antico quanto la storia abitativa dell’uomo: “Il legno”. Esso nasce dall’applicazione di due tecniche: la lamellazione e l’incollaggio; questa combinazione permette di ottenere elementi lignei aventi dimensioni maggiori in lunghezza ed in sezione di quanto non sia possibile ricavare dalla semplice segagione del tondame. Le due tecniche sopra enunciate consentono rispettivamente di scartare la discontinuità della materia prima, eliminandone le parti difettose e realizzare tra le fibre delle tavole adiacenti un collegamento meccanico il più possibile simile a quello originario. 1.2.2. Produzione Il processo di produzione del legno lamellare incollato è l’insieme delle operazioni eseguite in appositi stabilimenti, che consistono essenzialmente nella riduzione del tronco in assi e nella loro Dipartimento di Ingegneria STrutturale 6 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei ricomposizione, tramite incollaggio fino a dare origine a elementi di forma e dimensione prestabilita. Il processo tecnologico consiste nelle seguenti fasi: a) Scelta del legname La scelta del tipo di specie legnosa da utilizzare tiene conto di alcune caratteristiche fondamentali: ¾ Caratteristiche fisico-meccaniche del materiale; ¾ Attitudine dell’incollaggio; ¾ Durabilità (legata strettamente all’impiego che ne viene fatto); ¾ Costo; ¾ Esigenze estetiche. I legnami più utilizzati sono: Abete rosso, Abete bianco, Larice, Pino silvestre. b) Dimensioni del materiale Le normative non fissano limiti per la lunghezza massima degli elementi perché in teoria si potrebbero realizzare travi di qualsiasi lunghezza grazie all’incollaggio e alle giunture di testa, le limitazioni però sono di tipo pratico, dimensione degli impianti di produzione e problemi di trasporto su strada. Vengono fissate invece limitazioni per lo spessore delle tavole e per la sezione trasversale principalmente per ridurre le deformazioni e tensioni che si possono produrre all’atto della loro essiccazione. c) Essiccazione e controllo umidità L’umidità è uno dei parametri più importanti del legno poiché ne influenza tutte le caratteristiche, sia fisiche che meccaniche. Al fine di garantire stabilità dimensionale ed un perfetto incollaggio si deve far si che l’umidità delle tavole sia omogenea lungo tutta la tavola e con valori rientranti nel range 9÷15 % a seconda del suo utilizzo (da Dipartimento di Ingegneria STrutturale 7 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei ambiente chiuso riscaldato ad ambienti esterni). Per assicurare che questo avvenga si procede prima ad una fase di essiccazione naturale all’aria aperta (Fig. 1.2) e successivamente ad una essiccazione artificiale che fa loro raggiungere l’umidità d’impiego (Fig. 1.3). All’uscita dall’essiccatore le tavole vengono lasciate stabilizzare in un ambiente climatizzato per 2-3 giorni. Figura 1.2 Essiccazione naturale delle tavole (www.holzbau.com). Figura 1.3 Essiccazione artificiale delle tavole (www.holzbau.com). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 8 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei d) Controllo della qualità delle tavole Oltre alla verifica del grado d’umidità delle tavole si esegue quello visivo degli eventuali difetti del legno come per esempio l’eccessivo numero di nodi, imbarcamenti, inclinazione delle fibre, cipollature, ecc. e vengono tagliate le estremità delle assi, eliminando screpolazioni e fessurazioni di testa. e) Giunzioni di testa Per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola o asse sono necessari giunzione di testa. Di solito le giunzioni trasversale correnti fra le varie lamelle vengono effettuate con giunti detti a pettine o a dita e vengono opportunamente sfalsate al fine di non indebolire una stessa sezione trasversale. L’operazione di giuntatura è interamente svolta in modo automatico. Si può suddividere a sua volta in 4 operazioni successive: ¾ La fresatura degli innesti e la spalmatura della colla (Fig. 1.4); ¾ L’incollaggio a pressione; ¾ La piallatura e il taglio della lamella; ¾ La disposizione in un ambiente a temperatura e umidità controllate per almeno 8 ore (Fig. 1.6). Figura 1.4 Fresatura degli innesti (www.holzbau.com). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 9 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Figura 1.5 Giunto a dita. Figura 1.6 Ambiente a temperatura e umidità controllate (www.holzbau.com). f) Incollaggio e composizione delle travi Entro massimo 24 ore (così come fissato dalla norma EN 386) dalla piallatura della tavole si deve effettuare l’operazione di incollaggio della stessa, per evitare che l’ossidazione della superficie del legno riduca la presa della colla. L’incollaggio avviene mediante un incollatrice a tendina (Fig. 1.7). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 10 Capitolo 1 Figura 1.7 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Incollatrice a tendina (www.holzbau.com). Questa è l’operazione più critica del processo di produzione delle tavole lamellari per questo è necessario un continuo monitoraggio delle condizioni termoigrometriche. L’assemblaggio delle lamelle avviene a pressione tramite morsetti, fissando le lamelle su una superficie detta “letto di pressaggio”. Il processo di pressaggio ha in generale una durata tra le 2 e 10 ore a seconda del tipo di colla e della temperatura. Figura 1.8 Letto di pressaggio (www.holzbau.com). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 11 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei g) Finitura Una piallatrice automatica elimina tutte le irregolarità presenti dovute all’incollaggio ed una volta piallate le travi vengono rifinite con l’impregnante (che può avere anche pigmenti colorati) e il preassemblaggio della ferramenta. 1.2.3. Proprietà Il legno lamellare concentra in sé una tale quantità e qualità di vantaggi da farne un materiale idoneo a molteplici campi di applicazione del settore costruttivo dall’edilizia residenziale ai ponti e viadotti passando per le strutture per il commercio, per i servizi, per il culto, per lo sport, ecc. Tra i molteplici vantaggi possiamo ricordare: a) Migliore resistenza statica in caso di incendio Sembrerebbe un paradosso questa affermazione ma di fatto il legno lamellare presenta una eccezionale resistenza al fuoco (considerando il decadimento delle resistenze in rapporto al tempo di esposizione al fuoco), in quanto la sua superficie brucia e si carbonizza in modo uniforme formando uno strato protettivo che ritarda la propagazione delle fiamme agli strati interni riuscendo così a rispettare in pieno le normative in materia di resistenza alla combustione. b) Ottime prestazioni antisismiche Il legno lamellare possiede ottime prestazioni antisismiche grazie all’eccellente rapporto fra peso specifico e resistenza statica. A tal proposito si vuole ricordare i test fatti recentemente da un gruppo di ricercatori italiani che fanno capo all’istituto IVALSA (Istituto per la valorizzazione delle Specie Arboree) del CNR in collaborazione con la Provincia di Trento all’interno del più grande laboratorio al mondo Dipartimento di Ingegneria STrutturale 12 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei per la ricerca sulle strutture antisismiche il NIED (National Institute for Earth Science and Disaster Prevention) di Tsukuba in Giappone su un edificio di 7 piani interamente realizzato in legno lamellare che è stato in grado di sopportare la riproduzione per mezzo di tavole vibranti del reale terremoto di Kobe (considerato il test antisismico più distruttivo per le opere civili). c) Tenuta agli agenti atmosferici Grazie al basso peso specifico ed alla elevata resistenza una struttura di copertura realizzata in legno lamellare ha ottime prestazioni in termini di resistenza alle sollecitazioni degli agenti atmosferici. In particolare una struttura in legno lamellare ben progettata garantisce una eccellente resistenza ai carichi nevosi. d) Conservazione e comfort abitativo Il legno lamellare, materiale perfettamente ecosostenibile ed a basso impatto ambientale, consente di risparmiare energia grazie alle sue ottime prestazioni termiche. Il basso grado di conducibilità termica infatti permette di ridurre notevolmente i fenomeni di condensa ed i ponti termici favorendo una migliore conservazione dell’immobile unitamente all’eccellente salubrità e comfort abitativo. e) Pregio estetico Il pregio architettonico di un edifico in legno lamellare è rilevante e conferisce valore aggiunto all’immobile, anche grazie alla possibilità tecnica di realizzare i progetti più creativi con un materiale da costruzione tradizionale ed innovativo. f) Rispetto della natura La tecnica del legno lamellare privilegia specie arboree autoctone a rapido accrescimento provenienti da aree dell’Europa dove i boschi stanno aumentando sia come superficie, sia a livello di massa legnosa Dipartimento di Ingegneria STrutturale 13 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei per ettaro. Tutto questo è certificato da enti preposti alla gestione sostenibile delle foreste. 1.3. UNIONI TRADIZIONALI (nodi di carpenteria) Con i termini “nodi di carpenteria” o “connessione tradizionale” si indicano solitamente le connessioni per il collegamento delle membrature lignee, caratterizzare dalla trasmissione degli sforzi per contatto delle superfici. Figura 1.9 Nodi di carpenteria (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Tuttavia le giunzioni di carpenteria che si possono realizzare possono lavorare non solo a compressione ma anche a taglio e a trazione. La lavorazione delle superfici, intagliate e lavorate al fine di consentire una collaborazione più efficace degli elementi lignei connessi, nel passato avveniva con lavorazioni ad ascia, oggi con procedure più moderne ed industrializzate di fresatura eseguita da macchine a controllo numerico. I nodi di carpenteria si ritrovano in alcune tipiche tipologie strutturali lignee tradizionali come le capriate: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 14 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei a) collegamento puntone-tirante; b) collegamento monaco-saetta. Tali geometrie sono tuttavia molto utilizzate anche nelle strutture moderne, spesso rinforzate da connettori metallici supplementari, come bulloni staffature etc.. Figura 1.10 Nodi di carpenteria, possibilità applicative nelle capriate classiche (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Le tipologie più comuni di collegamenti di carpenteria, realizzate attraverso l’intaglio delle superfici di contatto con le quali si trasmettono le forze, sono: - dente semplice; - dente arretrato; - doppio dente. Nelle connessioni a dente semplice l’inclinazione della superficie intagliata è solitamente tale da rendere minimo, sia per il puntone che per il tirante, l’angolo tra l’inclinazione della forza e la direzione delle fibre, e quindi aumentare la resistenza complessiva dell’unione allo schiacciamento. Nelle connessioni a dente arretrato, la geometria dell’intaglio è realizzata in modo tale di aumentare la superficie resistente a taglio del tirante Dipartimento di Ingegneria STrutturale 15 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei (lunghezza del tacco). In tali unioni tuttavia, poiché solitamente l’intaglio del dente arretrato viene realizzato (anche per la facilità di esecuzione) con un’inclinazione perpendicolare alla direzione del puntone, la verifica a compressione, per le ragioni precedentemente illustrate, risulta leggermente più gravosa rispetto al caso di dente semplice. Una valida alternativa alle prima due risulta la terza e cioè quella a dente doppio che ha il vantaggio di aumentare sia la lunghezza del tacco, sia il rapporto tra le superficie portante e la profondità di intaglio, incrementando l’efficienza del giunto nei riguardi della resistenza a taglio e della resistenza a compressione. La realizzazione di un nodo a dente doppio richiede grande precisione al fine di assicurare il contatto di tutte le superfici, precisione oggi ottenibile solo con macchine a controllo numerico. Figura 1.11 Possibili geometrie del nodo di carpenteria (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). 1.4. UNIONI MECCANICHE Come già detto nel paragrafo 1.1. le unioni meccaniche sono quelle in cui la trasmissione degli sforzi avviene non in maniera diretta ma attraverso l’inserimento di elementi metallici. Esse possono essere suddivise in funzione della tipologia di connettore adottato: - connettori metallici a gambo cilindrico (chiodi, bulloni, spinotti, viti); - connettori metallici di superficie (anelli, caviglie, piastre dentate). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 16 Capitolo 1 Figura 1.12 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Unioni meccaniche di tipo moderno (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Per ogni tipo di unione si possono individuare differenti vantaggi e svantaggi: i criteri che, nei diversi casi orientano la scelta del progettista, possono essere di natura estetica, di natura economica, di praticità e velocità di realizzazione, oppure di efficacia dal punto di vista meccanico-strutturale. 1.4.1. Connettori metallici a gambo cilindrico I chiodi si distinguono innanzitutto per la sagoma del gambo (liscio o corrugato) e per la sezione trasversale del gambo (tonda o quadrata). La testa del chiodo è generalmente circolare con diametro pari a circa il doppio del diametro del gambo. I chiodi lisci a gambo tondo più comuni sono prodotti con diametri nominali compresi tra 2,75 e 8 mm, lunghezze tra 40 e 200 mm e con resistenza minima a trazione del filo pari a 600 N/mm2. Recentemente hanno trovato sempre maggiore diffusione i chiodi ad aderenza migliorata che possono avere scanalatura anulare (in questo caso sono noti come chiodi di tipo ring), oppure elicoidale: la presenza delle scanalature oltre a migliorare il comportamento a taglio, garantisce una maggiore efficacia nei riguardi delle sollecitazioni di estrazione (Fig. 1.13). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 17 Capitolo 1 Figura 1.13 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Chiodi a gambo liscio o con rilievi anulari o ad elica (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Gli spinotti (o perni) sono elementi cilindrici con superficie completamente liscia talvolta dotati di una leggera rastremazione ad un estremo per permettere un inserimento più agevole all’interno dei fori predisposti nel legno o nell’acciaio. La foratura nel legno deve essere effettuata con diametro pari al diametro degli spinotti, i quali devono essere inseriti a forza all’interno delle parti lignee da congiungere (Fig. 1.14). Recentemente sono stati immessi nel mercato anche perni speciali autoforanti appositamente progettati per connessioni legno-acciaio con piastre interne agli elementi di legno e dotati di lama di acciaio sulla punta in grado di forare contemporaneamente sia il legno che le piastre di acciaio accelerando così la posa in opera dei perni (Fig. 1.15). I bulloni da carpenteria sono elementi cilindrici in acciaio, filettati ad un estremità, dotati di teste e dadi. La foratura nel legno, e nella eventuale piastra di acciaio deve essere effettuata con diametro pari al diametro del bullone aumentato di 1 mm. I bulloni devono essere serrati Dipartimento di Ingegneria STrutturale 18 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei immediatamente dopo la loro messa in opera, in modo tale da garantire un adeguato contatto tra gli elementi lignei da unire, e se necessario, sottoposti ad un ulteriore serraggio allorché le parti lignee collegate avranno raggiunto l’equilibrio igroscopico con l’ambiente (Fig. 1.14). Figura 1.14 Perni e bulloni (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Figura 1.15 Perni speciali (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Le viti da legno normalizzate sono elementi caratterizzate da specifiche geometrie e proprietà meccaniche, definite da diverse Dipartimento di Ingegneria STrutturale 19 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei normative (nazionali o europee). Le parti comuni caratterizzanti una generica vite sono: - testa con caratteristiche geometriche in funzione del tipo di dispositivo di fissaggio utilizzato; - parte del gambo non filettata pari circa al 40% della lunghezza totale del gambo; - restante parte del gambo filettata. Il diametro nominale delle viti può variare nell’intervallo 8-20 mm nel caso di viti a testa esagonale e 4-10 mm nel caso di viti a testa piatta o tonda. Le lunghezze normalmente reperibili in commercio vanno da 25 mm a 400 mm (Fig. 1.16). Recentemente sono state immesse nel mercato nuove tipologie di viti da legno, denominate viti autofilettanti (nel senso che la loro messa in opera non necessita dell’esecuzione del preforo), hanno testa svasata con specifica rondella o testa esagonale, prodotte attraverso un processo di indurimento che tiene conto della forma del filetto, e caratterizzate da valori più elevati del momento di snervamento con diametri del gambo fino a 12 mm e lunghezze fino a 600 mm (Fig. 1.17). Figura 1.16 Viti tradizionali a testa esagonale (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 20 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei Figura 1.17 Viti autofilettanti a testa svasata (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). 1.4.2. Connettori metallici di superficie Gli anelli e le caviglie sono elementi metallici circolari utilizzati frequentemente nelle unioni a due piani di taglio: gli anelli trovano applicazione solo nel caso di unioni legno-legno, le caviglie possono essere utilizzate sia in unioni legno-legno che in unioni acciaio-legno. La modalità di posa di anelli e caviglie è la seguente (Fig. 1.18): 1) foratura del legno per l’inserimento del bullone e fresatura per l’inserimento del connettore; 2) sovrapposizione degli elementi lignei da unire, inserimento dei bulloni nei fori e serraggio manuale. Figura 1.18 Modalità di posa di anelli e caviglie (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 21 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei I connettori ad anello sono realizzati solitamente in leghe di acciaio o di alluminio attraverso un processo di laminatura a caldo o a freddo, oppure per fusione. La loro forma è quella di una porzione di tubo in cui i bordi sono stati rastremati per consentire l’alloggiamento all’interno della fresatura circolare realizzata nella parte lignea (Fig. 1.20). I connettori a caviglia sono indicati anche come semianelli o connettori a piastra, e sono realizzati solitamente in leghe di acciaio, di alluminio o di ghisa attraverso un processo di fusione. La loro forma è solitamente quella di una piastra circolare, dotata di un foro principale per l’inserimento di un bullone e di flange laterali per l’inserimento nella fresatura circolare della piastra lignea (Fig. 1.20). Le piastre dentate sono elementi metallici con diverse forme geometriche (ovale, circolare, quadrata, etc.), utilizzate normalmente nelle unioni a due piani di taglio, sia nel caso di unioni legno-legno che nelle unioni acciaio-legno. Rispetto agli anelli le piastre dentate non richiedono necessariamente un’operazione preliminare di fresatura poiché la piastra viene semplicemente pressata in modo tale che i denti di cui è fornita possano penetrare all’interno degli elementi lignei (Fig. 1.19). Figura 1.19 Piastre dentate (dn = 50 ÷ 160 mm) (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Figura 1.20 Anelli e caviglie (de = 50 ÷ 160 mm) (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 22 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei 1.5. ASPETTI NORMATIVI In Italia la progettazione e realizzazione di opere di ingegneria civile sono regolate da un corpus legislativo costituito da leggi e decreti la cui applicazione generalmente è obbligatoria. Scopo comune a tutte le norme tecniche è garantire che le costruzioni posseggano i livelli di sicurezza minimi scelti dal legislatore. A tal fine ogni progetto comprendente strutture in c.a., c.a.p., o metalliche deve essere depositato a cura del costruttore, in un archivio esistente presso l’Ufficio del Genio Civile competente per territorio. Di recente questo obbligo è stato esteso anche alle strutture in legno nel rispetto delle indicazioni specifiche sulle costruzioni di legno e sui materiali e prodotti a base di legno presenti nei paragrafi 5.3 e 11.6 delle Norme Tecniche per le costruzioni D.M. 14/09/05. Prima dell’entrata in vigore di questo decreto un progettista poteva effettuare i calcoli strutturali per le strutture in legno nel rispetto di “leggi di comprovata affidabilità” redatte in altre nazioni come ad esempio la DIN 1052 della Germania (nata nel lontano 1933 e continuamente aggiornata fino ai giorni nostri), la REGLES C.B. 71 della Francia, la SIA 164 della Svizzera o ancora nel rispetto del più recente EUROCODE 5 Design of Timber Structures preparato a cura del CEN (Comitato Europeo di Normazione), pubblicato in lingua inglese nel 1995 come norma sperimentale suddiviso in tre parti : 1.1 Regole generali e regole per gli edifici; 1.2 Regole generali, progettazione strutturale contro l’incendio; 2 Ponti. Tuttavia per poter essere utilizzata anche in Italia doveva prima essere redatto il NAD (Documento di Applicazione Nazionale) avente la funzione di interfacciare il codice europeo con la norma italiana in materia che però era assente. Proprio per porre fine a Dipartimento di Ingegneria STrutturale 23 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei tale mancanza, nel luglio del 1999, si è insediata presso il Ministero dei Lavori Pubblici la commissione incaricata della redazione delle “Norme tecniche Italiane per la progettazione, esecuzione e collaudo delle COstruzioni in LEgno” (N.I.CO.LE.) che non hanno mai visto la loro pubblicazione ufficiale. Nel 2003, infatti, a seguito della ben nota catastrofe dovuta al terremoto di San Giuliano di Puglia, il presidente del Consiglio dei Ministri emanò l’OPCM 3274 in accordo alle direttive proposte dai tecnici della Protezione Civile, all’interno del quale vengono citati gli edifici a struttura di legno tra i sistemi costruttivi ammessi in zona sismica, elimina le limitazioni in altezza per le strutture “interamente realizzate in legno lamellare”, inizia a fare riferimento ai principi dell’Eurocodice 8 (costruzioni in zona sismica), ma non fissa regole di calcolo specifiche per le strutture di legno, anzi nel capitolo 9 “Edifici con strutture in legno” le subordina alla “emanazione delle corrispondenti norme relative alle combinazioni di carico non sismiche” (anche se le N.I.CO.LE erano pronte da un anno). Nel 2005 l’OPCM 3431 (aggiornamento della 3274) colma finalmente il vuoto normativo, viene introdotto nel capitolo 9 un breve testo che riprende i principi degli Eurocodici 8 e 5. L’aspetto più importante è presente quali integrazioni delle regole di “pertinenti prescrizioni tecniconormative italiane quando disponibili”. Poiché nel frattempo l’Eurocodice 5 è stato pubblicato come norma UNI EN definitiva il cerchio sembra finalmente chiuso. Successivamente sempre nel 2005 vengono emanate le Norme Tecniche (anche note come Testo Unico dell’Edilizia), il già citato D.M. 14/09/05, a cui fa seguito la pubblicazione nel 2006 del Documento CNR-DT 206/2006 di cui parti del documento N.I.CO.LE. hanno costituito la base di un insieme di “istruzioni” da affiancare alle Norme Tecniche per fornire ai progettisti le Dipartimento di Ingegneria STrutturale 24 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei indispensabili basi di calcolo per affrontare il problema della progettazione e verifica delle strutture in legno. Per le strutture in generale, le zone a cui bisogna prestare una maggiore attenzione progettuale sono i nodi e nella fattispecie delle strutture in legno le “Connessioni”. All’interno delle norme più moderne sono riportate indicazioni ben precise circa le sollecitazioni che possono interessare le connessioni delle strutture in legno ed in alcune di esse sono riportate le formule per il calcolo dei valori di resistenza in base al tipo di sollecitazione e al tipo di connessione. Inoltre l’UNI ha redatto delle specifiche norme circa le metodologie da adottare per l’esecuzione delle prove da eseguire al fine di caratterizzare le resistenze degli elementi che costituiscono la connessione stessa, qui si riportano le principali norme mentre nel capitolo 3 si entrerà nel dettaglio delle prove discusse nella presente tesi: - UNI EN 26891:1991 Strutture di legno. Assemblaggi realizzati tramite elementi meccanici di collegamento. Principi generali per la determinazione delle caratteristiche di resistenza e deformabilità. - UNI EN 28970:1991 Strutture di legno. Prova degli assemblaggi realizzati tramite elementi meccanici di collegamento. Prescrizioni relative alla massa volumica del legno. - UNI EN 409:1994 Strutture di legno. Metodi di prova. Determinazione del momento di snervamento degli elementi meccanici di collegamento di forma cilindrica. Chiodi. - UNI EN 1382:2002 Strutture di legno. Metodi di prova Resistenza all’estrazione di elementi meccanici di collegamento per il legno. - UNI EN 338:2004 Legno strutturale. Classi di resistenza. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 25 Capitolo 1 Sistemi di collegamento tra elementi lignei - UNI EN 383:2007 Strutture di legno. Metodi di prova. Determinazione della resistenza al rifollamento e dei moduli locali di rigidezza per elementi di collegamento di forma cilindrica. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 26 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico CAPITOLO 2 IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI CONNETTORI METALLICI A GAMBO CILINDRICO 2.1. INTRODUZIONE Le sollecitazioni che possono gravare su un elemento di connessione sono essenzialmente di due tipi: TAGLIO e TRAZIONE. Nel caso in cui la direzione di applicazione della forza è perpendicolare all’asse dell’elemento si dirà che essa è una sollecitazione tagliante (Fig. 2.1), mentre nel caso in cui sia parallela all’asse dell’elemento, si dirà che essa è una sollecitazione assiale (Fig. 2.2). Ci si può inoltre (e questo avviene spesso) trovare di fronte ad una sollecitazione combinata di taglio e trazione in quanto la direzione di applicazione della forza è inclinata di un angolo α diverso da 0° e da 90° rispetto all’asse dell’elemento metallico. Una precisazione va fatta in merito alla suddetta sollecitazione di trazione, in quanto non essendo il solo elemento metallico soggetto alla forza ma essendo interessato tutto l’insieme (acciaio della vite e legno in cui è infissa), si deve più correttamente parlare di sollecitazione di ESTRAZIONE del connettore dall’elemento ligneo. Figura 2.1 Sollecitazione perpendicolare all’asse del connettore (Bernasconi A., “Introduzione all’uso pratico della nuova norma SIA 265 per le strutture di legno, 2005). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 27 Capitolo 2 Figura 2.2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Sollecitazione parallela all’asse del connettore (Bernasconi A., “Introduzione all’uso pratico della nuova norma SIA 265 per le strutture di legno, 2005). I connettori a gambo cilindrico, come già detto nel paragrafo 1.4.1., sono costituiti da elementi metallici che attraversano in tutto o in parte gli elementi strutturali lignei da collegare e si differenziano in: chiodi, perni (o spinotti), bulloni e viti. La caratterizzazione e la classificazione dei collegamenti e dei connettori, sotto l’aspetto del loro comportamento meccanico (deformazioni e valori del carico ultimo) costituiscono argomenti di notevole interesse nella tecnica delle costruzioni in legno, questi aspetti saranno trattati ampiamente nei successivi paragrafi. 2.2. MODELLO DI CALCOLO PER SOLLECITAZIONI PERPENDICOLARI ALL’ASSE DEL CONNETTORE 2.2.1. Osservazioni introduttive Il modello di calcolo delle connessioni con connettori cilindrici sollecitati perpendicolarmente al loro asse si basa sulle modalità di collasso osservate sperimentalmente. Nel caso di sistemi di connessione di tipo “puntuale” con elementi meccanici a gambo cilindrico, la resistenza del collegamento è legata al rifollamento delle pareti del foro, in conseguenza dell’azione meccanica degli elementi metallici sul legno, ed allo snervamento del gambo di acciaio del connettore. Per la Dipartimento di Ingegneria STrutturale 28 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico determinazione della resistenza del singolo mezzo di collegamento a partire dalle principali grandezze meccaniche e geometriche degli elementi che lo costituiscono, è ormai consolidato, nelle normative più recenti, il ricorso a una formulazione basata sull’analisi limite del collegamento elementare, considerando un comportamento rigidoplastico per i materiali coinvolti (legno e metallo). Tale formulazione è nota come EYM (European Yield Model) ed è stata proposta inizialmente da Johansen nel 1949. 2.2.2. Teoria di Johansen Le evidenze sperimentali che portarono Johansen a formulare questa teoria mostrarono che i meccanismi di rottura che si verificavano in una connessione lignea con connettori metallici a gambo cilindrico, sono associati a fenomeni di rifollamento di una delle due parti lignee connesse e di snervamento (a flessione) del gambo del connettore metallico, con formazione di una o più cerniere plastiche. Figura 2.3 Collasso della connessione (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 29 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Nella zona contrassegnata dal “cerchio rosso” si può notare il rifollamento del legno, mentre nella zona contrassegnata con il “cerchio blu” è evidente la formazione della cerniera plastica nel connettore in acciaio. Le caratteristiche meccaniche associate alla crisi del materiale legnoso (tensione di rifollamento) e degli elementi di acciaio (tensione di snervamento) possono essere determinate attraverso prove sperimentali descritte nelle normative armonizzate UNI EN 383:2007 e UNI EN 409:1994, tenendo anche presente quanto indicato in UNI EN 28970. La resistenza al rifollamento è una caratteristica meccanica del materiale legnoso che descrive uno stato di sforzo limite determinato dallo schiacciamento localizzato delle fibre legnose per effetto del carico concentrato del connettore sulle pareti del foro di alloggiamento: le deformazioni plastiche causano l’ovalizzazione del foro e la conseguente messa fuori servizio della connessione. La resistenza al rifollamento può variare sensibilmente in funzione di alcune caratteristiche geometriche e meccaniche, come la massa volumica del legno, il diametro del connettore, la direzione della forza applicata rispetto alla direzione della fibratura. Figura 2.4 Setup di prova per la determinazione della resistenza al rifollamento del legno (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 30 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Il valore del momento di snervamento dell’elemento metallico può essere determinato in funzione del diametro del connettore e della classe di resistenza dell’acciaio utilizzato. Figura 2.5 Setup di prova per la determinazione del momento di snervamento del connettore (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Poiché ogni connettore ha delle peculiarità proprie non si possono dare formulazioni rigorose che possano essere applicate indistintamente a tutte le tipologie ma ognuna di esse va studiata opportunamente e per questo si rimanda ai successivi paragrafi. Per quanto riguarda la teoria di Johansen le equazioni della capacità portante della connessione con connettori a gambo cilindrico sono ricavate da semplici considerazioni di equilibrio allo stato limite con l’ipotesi di comportamento rigido-plastico per entrambi i materiali. Tale approccio proposto per la prima volta da Johansen, e successivamente perfezionato e validato sperimentalmente da diversi ricercatori, è oggi alla base del calcolo della resistenza dei collegamenti di diverse normative tecniche sia nazionali che internazionali (DIN 1052:2004, EN 1995:2004, documento N.I.Co.Le., istruzione CNR-DT 206-2006). In tali normative le equazioni di Johansen sono riportate in funzione delle principali grandezze geometriche e meccaniche, per unioni ad un piano di Dipartimento di Ingegneria STrutturale 31 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico taglio (il connettore “attraversa” due elementi) o a due piani di taglio (il connettore “attraversa” tre elementi); per unioni legno-acciaio (cioè con elementi lignei collegati a piastre metalliche per mezzo degli stessi elementi metallici a gambo cilindrico). I valori espressi dalle equazioni di Johansen si riferiscono alle resistenze caratteristiche per singolo mezzo di unione e per singolo piano di taglio. I valori di progetto sono da determinarsi in funzione del coefficiente parziale di sicurezza per la proprietà del materiale γm (per il legno lamellare incollato γm= 1,35) e del coefficiente di correzione Kmod che tiene conto dell’effetto sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità degli elementi. I modi di rottura che possono aver luogo in un collegamento sono sostanzialmente i seguenti: - Modo I : rifollamento di una delle due parti lignee connesse; - Modo II e III: rifollamento di una delle due parti lignee connesse e contemporaneo snervamento del connettore metallico con formazione di una o più cerniere plastiche. 2.2.2.1. Comportamento delle unioni legno-legno Le formule di Johansen per le unioni legno-legno e pannelli-legno realizzate con chiodi, cambrette, graffe, bulloni, spinotti e viti, che come si è già detto, riportano il valore caratteristico della capacità portante per ciascun piano di taglio e per ciascun mezzo di unione, sono riportate nelle tabelle 2.1 e 2.2: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 32 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Tabella 2.1 Unioni ad un piano di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Tabella 2.2 Unioni a due piani di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 33 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Dove: t 1 e t2 spessori del legno o del pannello, o profondità d’infissione del mezzo di unione; fh,1,k e fh,2,k resistenze caratteristiche a rifollamento degli elementi di legno caratterizzati dallo spessore rispettivamente t1 e t2; d diametro del connettore; My,k valore caratteristico del momento di snervamento del connettore; valore caratteristico della resistenza a taglio della Rk connessione per singolo piano di taglio; β= fh,1,k/fh,2,k 2.2.2.2. rapporto tra le tensioni caratteristiche di snervamento. Comportamento delle unioni legno-acciaio Anche nel caso di unioni legno-acciaio valgono le stesse considerazioni fatte per la determinazione delle resistenze ultime delle unioni legno-legno. Nell’assemblaggio dell’unione legno-acciaio possono essere usate piastre di acciaio spesse ovvero sottili. Nel caso di “piastre spesse”, lo spessore della piastra è tale da fornire una sorta di vincolo rigido (incastro) al connettore metallico e quindi normalmente si avrà la formazione di una cerniera plastica nel connettore in corrispondenza dell’interfaccia legno-acciaio (Tab. 2.3). Nel caso di “piastre sottili”, invece, lo spessore della piastra non è sufficiente per fornire un vincolo rotazionale al connettore; in tal caso si ipotizza nullo il momento flettente nel connettore in corrispondenza dell’interfaccia legno-acciaio (Tab. 2.4). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 34 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico La normativa definisce “piastre spesse” quelle piastre aventi spessori maggiori o uguali al diametro del connettore (t ≥ d) e “piastre sottili” quelle piastre aventi spessori minori o uguali alla metà del diametro del connettore (t ≤ 0,5d). Tabella 2.3 Unioni ad un piano di taglio, piastre sottili (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Tabella 2.4 Unioni ad un piano di taglio, piastre spesse (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 35 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico La capacità portante caratteristica per ciascuna sezione resistente e per ogni mezzo di unione in unioni ad una sezione resistente con elemento esterno di acciaio sarà assunta come il minore dei valori ottenibili mediante le formule delle tabelle 2.3 o 2.4. La capacità portante caratteristica per ciascuna sezione resistente e per ogni mezzo di unione in unioni a due sezioni resistenti con elemento centrale di acciaio, sarà assunta come il minore dei valori ottenibili mediante le formule della tabella 2.5. La capacità portante caratteristica per ciascuna sezione resistente e per ogni mezzo di unione in unioni a due sezioni resistenti con entrambi gli elementi esterni di acciaio, sarà assunta come il minore dei valori ottenibili mediante le formule della tabella 2.6. Tabella 2.5 Unioni a due piani di taglio, piastra interna (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 36 Capitolo 2 Tabella 2.6 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Unioni a due piani di taglio, piastre esterne (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Nelle situazioni intermedie tra i casi di “piastra spessa” e “piastra sottile” (cioè per 0,5d < t < d ), è consentita l’interpolazione lineare tra i valori di resistenza ottenuti nei due casi. Ovviamente, dovranno poi essere effettuate le verifiche di resistenza della piastra metallica. 2.2.2.3. Comportamento dei collegamenti con piani di taglio multipli Nei collegamenti con mezzi di unione a gambo cilindrico con più di due piani taglio, la resistenza della connessione è data dalla somma della resistenza di ciascun piano di taglio. La resistenza di ciascun piano di taglio va valutata come per le unioni con due piani di taglio, considerando le triplette di elementi alle quali quel piano di taglio appartiene. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 37 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Figura 2.6 Calcolo della resistenza per unioni con più di due piani di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). La resistenza di ciascun piano di taglio sarà quindi assunta pari alla minore di quelle così calcolate. Nei collegamenti con piani di taglio multipli, i modi di rottura dei mezzi di unione dei singoli piani di taglio deve essere fra di loro compatibili. 2.2.2.4. Collegamenti con mezzi di unione multipli La capacità portante di un collegamento realizzato con mezzi di unione multipli, tutti dello stesso tipo e dimensioni, può essere minore della somma delle capacità portanti del singolo mezzo di unione. Per una linea di mezzi di unione disposti parallelamente alla direzione della fibratura (fila), la capacità portante caratteristica efficace nella direzione della fila Fef,RK deve essere assunta pari a: Fef , RK = nef ⋅ FRK Questa formula è quella presente nel documento CNR-DT 206/2006 e riprende la formulazione presente nell’EUROCODICE 5 del 2004 ed in cui nef = numero efficace di mezzi di unione appartenenti alla fila. I valori di nef variano in funzione del tipo di mezzo di unione; FRK = capacità portante caratteristica di ciascun mezzo di unione, parallelamente alla fibratura. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 38 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Nel documento N.I.Co.Le. è stata utilizzata un’altra relazione ed in particolare si assume che la capacità portante di più elementi sia determinabile a partire dalla capacità portante Rd del singolo elemento di collegamento tramite la seguente formula: Rcon,d = K ef ⋅ n ⋅ Rd dove: Rcon,d = è la capacità portante di progetto dell’unione n= è il numero degli elementi di collegamenti allineati Kef = è un fattore riduttivo ( ≤ 1 ) funzione anche del tipo di connettore Rd = è la capacità portante di progetto del singolo elemento di collegamento. In questo modo è reso ancora più evidente il concetto di “riduzione di resistenza” causata dall’allineamento di più elementi di collegamento. 2.2.2.5. “Rope effect” - Effetto fune La resistenza ultima di alcuni tipi di unioni, quali ad esempio quelle realizzate tramite chiodi, viti, bulloni (ma non gli spinotti), risulta spesso maggiore rispetto alla resistenza calcolata utilizzando le equazioni di Johansen prima esposte. Per tali tipi di unioni, infatti, una volta raggiunti uno dei meccanismi di rottura misti descritti dal modello di Johansen (modi di rottura II e III), si instaura un ulteriore meccanismo di trasmissione degli sforzi talvolta indicato come effetto fune. Dalla seguente figura si può osservare che una volta raggiunto il modo di rottura II o III il connettore inizierà a essere sollecitato anche a trazione, oltre che a flessione e taglio come avveniva prima del raggiungimento dello snervamento a flessione (o, meglio, nel campo dei piccoli spostamenti). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 39 Capitolo 2 Figura 2.7 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Effetto fune (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Inoltre all’aumentare del valore dell’azione applicata, il connettore, se opportunamente vincolato alle due estremità, tenderà a comprimere gli elementi lignei collegati. Questa sorta di “precompressione” trasversale è responsabile di un aumento delle forze d’attrito in prossimità dell’interfaccia tra gli elementi lignei, forze che, assieme alla componente dello sforzo normale nel connettore in direzione della sollecitazione esterna applicata, contribuiranno ad una accresciuta resistenza dell’unione rispetto a quella calcolata facendo uso delle equazioni di Johansen che, come si è potuto vedere, non tengono conto di questa ulteriore possibilità di trasmissione degli sforzi. Determinare esattamente l’aumento di resistenza fornito all’unione da un tale tipo di meccanismo sarebbe stato molto difficile e su questo argomento si sono sviluppate due teorie di calcolo citate rispettivamente nella DIN 1052 e nella EN 1995-1-1 (che altro non è che la parte 1.1 dell’Eurocodice 5, inoltre sono state riprese integralmente nel documento N.I.Co.Le. e nell’istruzione CNR-DT 206-2006) e che possono essere così sintetizzate: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 40 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico a) Inserimento di un fattore amplificativo sui valori di resistenza ottenuti utilizzando le equazioni di Johansen rispettivamente nei modi di rottura II e III; b) Aggiunta di un termine esplicito additivo ai valori di resistenza ottenuti utilizzando le equazioni di Johansen rispettivamente nei modi di rottura II e III. La formulazione b) stabilisce che il termine additivo può essere assunto pari al massimo a Fax ,RK / 4 essendo Fax , RK la resistenza caratteristica all’estrazione assiale dell’elemento di collegamento. Tuttavia, tale contributo deve essere limitato ad una certa frazione della resistenza calcolata alla Johansen, in particolare : 100% per le viti; 15% per i chiodi tondi; 25% per i chiodi quadri; 50% per gli altri chiodi ad aderenza migliorata; 25% per i bulloni; 0% (ovviamente) per i perni. 2.2.2.6. Comportamenti fragili e duttili I limiti della formulazione proposta da Johansen devono essere ricercati proprio nelle ipotesi di base su cui essa si fonda, essendo concepita per un collegamento realizzato con “un elemento” a gambo cilindrico inserito nel legno a sufficiente distanza dai bordi e dalle estremità dell’elemento ligneo stesso, in modo da potere effettivamente sviluppare il comportamento teorico rigido-plastico per i materiali coinvolti (metallo e legno). Quindi tale modello non può tenere conto di alcune modalità di collasso della parte lignea, associate all’insorgere nel legno di tensioni ortogonali Dipartimento di Ingegneria STrutturale 41 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico alla direzione della fibratura, e che possono determinare meccanismi si rottura fragili (come quelli mostrati in Fig. 2.8), tali meccanismi sono responsabili quindi di collassi strutturali a valori inferiori a quelli previsti dal modello di Johansen. Questi meccanismi sono stati evidenziati da uno studio effettuato da Jorissen A. nel 1999 e sono: a) fenditura (splitting); b) estrazione di uno o più “tasselli” di legno in corrispondenza di singoli connettori (plug shear); c) strappo di parte di elemento in corrispondenza di un gruppo di connettori (group tear out); d) rottura dell’elemento ligneo per trazione (tension). Figura 2.8 Modalità di rottura fragili (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Per questo motivo le normative fissano per le modalità di rottura a e b valori minimi di distanze dei connettori dalle estremità e dai bordi degli elementi, e valori minimi di spaziatura tra i mezzi singoli di unione allineati nella direzione di fibratura o ortogonalmente ad essa. Per le modalità di rottura di tipo c il documento normativo EN 1995 prescrive delle formulazioni specifiche mentre per le modalità di rottura d è implicitamente considerata quando si effettua la verifica a trazione nella “sezione retta” dell’elemento ligneo. L’altro limite della formulazione dovuta a Johansen è insito nel metodo stesso di analisi: il modello è perciò in grado di predire, nelle ipotesi fatte, il carico limite a rottura ma non può fornire alcuna indicazione sulla Dipartimento di Ingegneria STrutturale 42 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico deformabilità del collegamento né, conseguentemente sulle proprietà di rigidezza e duttilità del collegamento. A questo riguardo, i risultati sperimentali (forza-scorrimento) su collegamenti realizzati con diversi tipi di connettori mostrano comportamenti meccanici diversi, sia con riferimento alle rigidezze iniziali che alle capacità duttili. Figura 2.9 Diagrammi schematici di comportamento forza-scorrimento (parallelo alla fibratura) per differenti collegamenti: a) collegamento incollato (12500 mm2); b) anello (d= 100 mm); c) piastra dentata (d= 62 mm); d) perno (d= 14 mm); e) bullone (d= 14 mm); f) piastra stampata (100x100 mm); g) chiodo (d= 4.4 mm) (grafico rielaborato da Blass H.J., 1995) (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Tra l’altro proprio i comportamenti iniziali in corrispondenza di valori di carico non elevati e quindi di particolare rilievo per stati limite di esercizio, possono essere differenziati e presentare veri e propri giochi iniziali, come nel caso di collegamento realizzato con bulloni. 2.2.2.6.1. Rigidezza Le proprietà di rigidezza e di duttilità del singolo connettore hanno una grande influenza sia sulla distribuzione delle sollecitazioni tra i Dipartimento di Ingegneria STrutturale 43 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico diversi connettori elementari componenti il collegamento che sul comportamento globale del medesimo collegamento. Le caratteristiche di rigidezza delle unioni possono variare fortemente in funzione dei diversi tipi di connettori utilizzati: come si può notare dalla figura, le unioni incollate hanno una rigidezza (oltre che una resistenza) maggiore delle corrispondenti realizzate con elementi metallici, esse presentano però una rottura a carattere essenzialmente fragile associata a bassi valori di deformazione. E’ importante quindi conoscere i valori dei moduli di scorrimento Kser (che nella normativa EN 26891 vengono indicati con il simbolo Ks) che possono essere calcolati in funzione del tipo di collegamento realizzato, per ciascuna sezione resistente e per singolo mezzo di unione, secondo il documento CNR-DT 206-2006, mediante le seguenti relazioni: - Per spinotti, viti, bulloni, e chiodi senza preforatura K ser = ρ m1,5 ⋅ d 20 - Per chiodi con preforatura K ser = ρ m1,5 ⋅ d 0 ,8 25 Dove d è il diametro del mezzo di unione (in mm) ρm è il valore medio della massa volumica del legno (in Kg/m3) Se le unioni sono realizzate con materiali legnosi di differente massa volumica (ρm1 e ρm2) il valore di ρm riportato nelle formule dovrà essere calcolato come: ρ m = ρ m1 ⋅ ρ m 2 Mentre per le unioni legno-acciaio e legno-calcestruzzo i valori di Kser devono essere raddoppiati. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 44 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico 2.2.2.6.2. Duttilità La definizione del grado di duttilità del collegamento risulta fondamentale per determinare la capacità di una struttura di assorbire spostamenti e deformazioni e di ridistribuire le forze al di là del limite elastico oppure per caratterizzarne la possibilità di assorbire energia quando essa sia soggetta ad azioni sismiche. La conoscenza del grado di duttilità allo stato attuale non viene fornita dai modelli teorici, come ad esempio quello di Johansen, che sta alla base delle attuali normative. Ciò nonostante l’esperienza pratica e le prove sperimentali suggeriscono che, nel caso di unioni con connettori a gambo cilindrico, l’utilizzo di elementi più piccoli e snelli, come possono essere i chiodi, possa portare ad un maggior grado di duttilità della connessione, mentre elementi meno snelli, come i perni ed i bulloni, pur assicurando singolarmente resistenze maggiori possono causare in alcuni casi un comportamento a rottura fragile per tensioni ortogonali alla direzione della fibratura, non previsti dalla teoria di Johansen. Figura 2.10 Influenza della snellezza del connettore sul comportamento (forzascorrimento) della connessione e quindi della sua duttilità (Giordano G., “Tecnica delle costruzioni in legno”, 1999). Sebbene una caratterizzazione del livello di duttilità statica della connessione risulti di difficile attuazione senza il supporto di una corretta modellazione meccanica del reale comportamento del giunto alcuni autori Dipartimento di Ingegneria STrutturale 45 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico hanno dato indicazioni empiriche sui possibili valori massimi e minimi di duttilità (Racher 1995) riportati nella seguente tabella: Tabella 2.7 Classificazione dei collegamenti in funzione della loro duttilità statica (Racher P., Mechanical timber joints, 1995). Tipo di collegamento e condizioni di carico Chiodi e viti sollecitati assialmente Barre incollate Anelli, caviglie Connettori a gambo cilindrico con modo di rottura di tipo I Piastre dentate Piastre punzonate Connettori a gambo cilindrico con modo di rottura di tipo II Chiodi Connettori a gambo cilindrico con modo di rottura di tipo III Du Du ≤ 3 3 < Du ≤ 6 6 < Du Il valore di duttilità presente in tabella è definito come il rapporto tra la deformazione corrispondente al carico massimo (uu) e la deformazione al limite elastico (uy) Du = uu uy Come si può notare dalla tabella il valore del grado di duttilità varia al variare del modo di rottura per i connettori a gambo cilindrico e precisamente è direttamente proporzionale al numero di cerniere plastiche che si formano nel connettore. 2.2.3. Comportamento dei collegamenti con chiodi La teoria esposta finora è in linea di massima valida per tutti i tipi di connettori a gambo cilindrico, ci sono poi delle indicazioni specifiche in funzione della tipologia del mezzo di unione utilizzato fornite al fine di ottenere le predette prestazioni dal collegamento stesso. In questo e nei paragrafi che seguiranno si riportano le specifiche indicate nel documento CNR-DT 206/2006. Dal paragrafo B 7.8.3.1 del suddetto documento: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 46 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico per il calcolo della resistenza di un collegamento chiodato ad uno a due piani di taglio si utilizzano le espressioni relative al punto B 7.8.2, tenendo conto che gli spessori t1 e t2 sono definiti come segue: - Nel caso di unione ad un piano di taglio t1 è lo spessore dell’elemento ligneo dal lato della testa del chiodo mentre t2 è la profondità d’infissione della punta nell’elemento (Fig. 2.11.a); - Nel caso di unione a due piani di taglio t1 rappresenta il valore minimo tra lo spessore dell’elemento legno dove è presente la testa del chiodo e la profondità d’infissione nell’elemento contenente la punta mentre t2 è lo spessore dell’elemento centrale (Fig. 2.11.b). Per chiodi a gambo quadro o scanalato il diametro del chiodo d deve essere assunto pari alla dimensione del lato. Ogni collegamento deve essere realizzato con almeno due chiodi . La profondità d’infissione della punta del chiodo (Fig. 2.11) deve essere pari ad almeno 8d per chiodi a gambo liscio e ad almeno 6d per chiodi ad aderenza migliorata (EN 14592), affinché il collegamento possa lavorare efficacemente a taglio escludendo la possibilità di estrazione del chiodo. Figura 2.11 Definizione degli spessore t1 e t2 (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). In un collegamento tra tre elementi i chiodi possono sovrapporsi nell’elemento centrale, purché (t- t2) sia maggiore di 4d (Fig. 2.12). In Dipartimento di Ingegneria STrutturale 47 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico questo caso la capacità portante deve essere calcolata con riferimento a due piani di taglio. Figura 2.12 Possibilità di sovrapposizione per chiodi infissi senza preforatura (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Per chiodi a gambo liscio prodotti con filo di acciaio avente un valore caratteristico della resistenza ultima a trazione non minore di 600 N/mm2, si utilizzano i seguenti valori caratteristici del momento di snervamento: M yK = ζ ch ⋅ f cK ⋅ W pl ,b Dove: f cK resistenza ultima caratteristica a trazione dell’acciaio ζ ch fattore riduttivo minore di 1 del momento plastico, che tiene in considerazione l’effettivo comportamento allo stato limite ultimo del chiodo, pari a ζ ch = k ⋅ d −0, 4 con k = 1,8mm 0, 4 W pl ,b modulo di resistenza plastico che assume formulazioni diverse, ovviamente, in funzione della geometria del chiodo W pl ,b = d 3 / 6 per chiodi a gambo liscio W pl ,b = d 3 / 4 per chiodi a gambo quadro o scanalato Dipartimento di Ingegneria STrutturale 48 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Per chiodi aventi diametri fino a 8 mm, in assenza di risultati più accurati, si possono adottare le seguenti resistenze caratteristiche a rifollamento per il legno massiccio, lamellare e LVL: - Senza preforatura: f h , K = 0,082 ⋅ ρ K ⋅ d −0,3 - Con preforatura: f h , K = 0,082 ⋅ (1 − 0,01d )ρ K N / mm 2 N / mm 2 Dove: ρK massa volumica caratteristica del legno, in Kg / m 3 d diametro del chiodo, in mm . Per chiodi aventi diametri maggiori di 8 mm, si applicano i valori di resistenza caratteristica al rifollamento validi per i bulloni (par. 2.2.5.). Figura 2.13 Disposizione sfalsata di chiodi (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Per una fila di chiodi disposti parallelamente alla fibratura , a meno che i chiodi di tale fila siano sfalsati per almeno 1d (Fig. 2.13), la capacità portante parallela alla fibratura si calcola utilizzando il numero efficace di mezzi di unione, nef , definito come segue nef = n k ef n numero di chiodi di una fila kef valore fornito in Tab. 2.8 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 49 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Tabella 2.8 Valori di kef (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). kef Interasse tra i chiodi Senza preforatura Con preforatura a1≥ 14d 1.00 1.00 a1= 10d 0.85 0.85 a1= 7d 0.70 0.70 a1= 4d - 0.50 Per interassi intermedi è ammessa l’interpolazione lineare di kef. Il legno deve essere preforato quando: - La massa volumica caratteristica del legno è maggiore di 500 Kg/m3; - Il diametro del chiodo è maggiore di 6 mm. Per le disposizioni strutturali relative alle connessioni con chiodi si rimanda al paragrafo 2.5.1 del presente testo. 2.2.3.1. Comportamento delle unioni legno-legno I valori minimi di interassi e distanze da bordi ed estremità sono fornite in Tab. 2.9 mentre la simbologia è esplicata nella Fig. 2.14 Tabella 2.9 Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per chiodi (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.3.1.2). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 50 Capitolo 2 Figura 2.14 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Spaziature e distanze minime (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.3.1.2). I chiodi infissi nelle testate degli elementi, con il gambo parallelo alla fibratura, non possono essere considerati in grado di trasmettere alcuna forza. La preforatura è necessaria nel caso in cui gli elementi di legno abbiano spessore inferiore a: 7d ⎧⎪ ρ t = max ⎨ (13d − 30) ⋅ k ⎪⎩ 400 [in mm] Nel caso di elementi lignei di specie particolarmente sensibili allo spacco (splitting), quali ad esempio Abete e Douglas, se la distanza dal bordo (a4) è minore di 14d, la preforatura è necessaria nel caso in cui gli elementi di legno abbiano spessore inferiore a: 7d ⎧⎪ ρ t = max ⎨ ( 13d − 30) ⋅ k ⎪⎩ 400 2.2.3.2. [in mm] Comportamento delle unioni pannello-legno Gli interassi minimi dei chiodi nelle unioni pannello-legno sono quelli forniti nella Tab. 2.9, moltiplicati per 0,85. Le distanze da estremità e bordi rimangono invariate rispetto a quelle indicate in Fig. 2.14. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 51 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Soltanto nel caso di elementi di pannello di legno compensato tali distanze devono essere assunte pari a: 3d in caso di bordo (o estremità) scarico e pari a (3 + 4 senα )d ; in caso di bordo (o estremità) sollecitato, essendo α l’angolo fra le direzioni del carico e il bordo (l’estremità) sollecitato. Per chiodi aventi un diametro della testa pari ad almeno 2d le resistenze caratteristiche a rifollamento sono le seguenti - Per pannelli di legno compensato: f h , k = 0,11 ⋅ ρ k ⋅ d −0,3 - Per pannelli di fibre conformi alla EN 622-2: f h,k = 30d −0,3 ⋅ t 0,6 - Per pannelli di particelle e pannelli OSB: f h ,k = 65d −0, 7 ⋅ t 0,1 Dove: f h ,k resistenza caratteristica a rifollamento, in N / mm 2 ; ρK massa volumica caratteristica del legno, in Kg / m 3 ; d diametro del chiodo, in mm ; t spessore del pannello, in mm . 2.2.3.3. Comportamento delle unioni acciaio-legno Gli interassi minimi tra i chiodi sono quelli forniti in Tab. 2.9, moltiplicati per un coefficiente 0,7 mentre le distanze da estremità e bordi rimangono invariate. 2.2.4. Comportamento dei collegamenti con cambrette e graffe I collegamenti realizzati con cambrette e graffe non possono essere considerate in grado di trasmettere forze assiali. Per cambrette e graffe a gambo cilindrico o rettangolare, con punte simmetriche o a becco di flauto, si applicano le regole fornite al punto B 7.8.2 (paragrafo Dipartimento di Ingegneria STrutturale 52 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico dell’istruzione CNR-DT 206-2006 in cui vengono descritte le formulazioni della teoria di Johansen relative ai vari casi di rottura), a meno di quanto diversamente specificato nei seguenti paragrafi. I valori di resistenza caratteristica di rifollamento f h,k devono essere determinati sperimentalmente oppure desunti da formulazioni di comprovata validità. Per cambrette e graffe con sezioni trasversali rettangolari si assumerà un diametro equivalente d pari alla radice quadrata del prodotto di entrambe le direzioni. La larghezza b della testa della cambretta o graffa deve essere almeno pari a 6d e la profondità di infissione della punta t2 deve essere almeno pari a 14d (Fig. 2.15). Ogni collegamento deve essere costituito da almeno due cambrette o graffe. La capacità portante laterale di progetto per ogni cambretta o graffa e per ciascun piano di taglio può essere considerata equivalente a quella di due chiodi aventi diametro pari a quello della cambretta o graffa, purché l’angolo θ fra la testa della cambretta o graffa e la fibratura del legno sia maggiore di 30° (Fig. 2.15). Se l’angolo θ è minore o uguale a 30° la capacità portante laterale di progetto deve essere moltiplicata per 0,7. Per cambrette e graffe di acciaio con un valore caratteristico della resistenza ultima a trazione f u ,k non minore di 800 N / mm 2 si utilizzano i seguenti valori caratteristici del momento di snervamento per ciascun gambo: M y , Rk = 0,2 ⋅ f uk ⋅ d 3 Dove: M y , Rk momento di snervamento caratteristico; d diametro del gambo della cambretta o graffa; f uk valore caratteristico della resistenza ultima a trazione dell’acciaio. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 53 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico I valori minimi di interassi e distanze dai bordi ed estremità sono forniti dalla Tab. 2.10, con l’indicazione delle distanze nella Fig. 2.16. Figura 2.15 Dimensioni della cambretta (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Figura 2.16 Definizione della spaziatura per le cambrette (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Tabella 2.10 Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per cambrette e graffe (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 54 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico 2.2.5. Comportamento dei collegamenti con bulloni Per il calcolo della resistenza di un collegamento bullonato ad uno o due piani di taglio si utilizzano le espressioni riportate al punto B 7.8.2. Il valore caratteristico del momento di snervamento, valido per diametri del bullone fino a 30 mm, M y , Rk è pari a : M y , Rk = ζ b ⋅ f uk ⋅ d 3 / 6 Dove: f uk resistenza ultima caratteristica a trazione dell’acciaio; d diametro del bullone; ζb fattore riduttivo, minore di 1, del momento plastico, che tiene in conto l’effettivo comportamento allo stato limite ultimo del bullone, pari a ζ b = k ⋅ d −0, 4 con k = 1,8mm 0, 4 Il numero efficace di bulloni di una fila, nef deve essere assunto pari a: n ⎧ ⎪ nef = min ⎨ 0,9 4 a1 n ⋅ ⎪⎩ 13d Dove: a1 spaziatura fila bulloni in direzione della fibratura; d diametro del bullone; n numero di bulloni nella fila. I valori minimi di interassi e distanze da bordi ed estremità sono forniti nella Tab. 2.11: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 55 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Tabella 2.11 Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per bulloni (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.5.1.1). Nel caso di bulloni calibrati, cioè inseriti in fori nel legno aventi lo stesso diametro del bullone, i valori minimi di interassi e distanze da bordi ed estremità sono quelli forniti nella Tab. 2.12, valida per gli spinotti. I dettagli strutturali per le unioni con i bulloni sono forniti nel par. 2.5.2. 2.2.5.1. Comportamento delle unioni legno-legno e acciaiolegno Per bulloni aventi diametro d ≤ 30mm, si adottano i seguenti valori caratteristici della resistenza a rifollamento del legno massiccio, lamellare e LVL, relativi ad un angolo α dello sforzo rispetto alla direzione della fibratura. f h ,α ,k = f h ,0,k k 90 ⋅ sen 2α + cos 2 α Dove : f h , 0,k = 0,082 ⋅ (1 − 0,01d )ρ k resistenza caratteristica a rifollamento per α = 0 in N / mm 2 ; ⎧1,35 + 0,015d ⎪ k90 ⎨1,30 + 0,015d ⎪0,90 + 0,015d ⎩ per legno di conifere massiccio e lamellare per LVL per legno di latifoglie massiccio e lamellare Dipartimento di Ingegneria STrutturale 56 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico ρK massa volumica caratteristica del legno, in Kg / m 3 ; d diametro del chiodo, in mm . 2.2.5.2. Comportamento delle unioni pannello-legno La resistenza caratteristica a rifollamento del pannello, indipendentemente dall’angolo α di inclinazione dello sforzo rispetto alla direzione della fibratura, deve essere assunta pari a: - Pannelli di legno compensato: f h,0,k = 0,11 ⋅ (1 − 0,01d )ρ k N / mm 2 - Pannelli di particelle e pannelli OSB: f h,k = 50d −0,6 ⋅ t 0, 2 N / mm 2 Dove: ρK massa volumica caratteristica del compensato, in Kg / m 3 ; d diametro del bullone, in mm ; t spessore del pannello, in mm . La resistenza caratteristica a rifollamento del legno si calcola come indicato al punto 2.2.4. 2.2.6. Comportamento dei collegamenti con spinotti I collegamenti realizzati con spinotti non sono in grado di trasmettere forze assiali. Per le unioni con spinotti si applicano le stesse regole fornite nel punto 2.2.4. valide per unioni con bulloni soggetti a sollecitazioni taglianti, salvo diversamente specificato. Il diametro dello spinotto deve essere compreso tra 6 e 30 mm. I valori minimi di interassi e distanze da bordi ed estremità sono forniti nella Tab. 2.12 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 57 Capitolo 2 Tabella 2.12 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per spinotti (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.6). I dettagli strutturali per le unioni con spinotti sono fornite nel punto 2.5.3. 2.2.7. Comportamento dei collegamenti con viti La profondità d’infissione della parte della vite (Fig. 2.11) deve essere pari ad almeno 6d, affinché il collegamento possa lavorare efficacemente a taglio escludendo la possibilità di estrazione della vite. Il calcolo della capacità portante si effettuerà in accordo alle formule del punto B 7.8.2 dell’istruzione CNR-DT 206/2006 (par. 2.2.2 della presente tesi), adottando per il diametro d un valore efficace def che tiene conto della filettatura della vite. Nel caso di viti con parte di gambo liscio e con il diametro esterno della filettatura uguale al diametro del gambo liscio che penetra nell’elemento ligneo contenente la punta della vite sia almeno pari a 4d. Nel caso in cui tali condizioni non fossero soddisfatte il diametro efficace d ef è posto pari a 1,1 volte il diametro del nucleo della filettatura. Per viti con parte di gambo liscio aventi un diametro d > 6 mm si applicano le regole di cui al punto 2.2.4 valide per collegamenti con spinotti e bulloni soggetti ad azioni taglianti. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 58 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Per viti con parte di gambo liscio aventi un diametro d ≤ 6 mm si applicano le regole di cui al punto 2.2.3, valide per collegamenti con chiodi soggetti ad azioni taglianti. I requisiti per i dettagli strutturali ed il controllo dei collegamenti realizzati con viti sono forniti nel punto 2.5.4. Nel caso di viti rispettose di specifici attestati di conformità in alternativa, potrà farsi riferimento alle corrispondenti specifiche tecniche. 2.3. MODELLO DI CALCOLO PER SOLLECITAZIONI PARALLELE ALL’ASSE DEL CONNETTORE 2.3.1. Osservazioni introduttive Come abbiamo visto nel paragrafo 2.2.2., per sollecitazioni ortogonali all’asse del connettore, esiste un modello teorico (EYM) sul quale si fondano tutte le prescrizioni delle normative. Nel caso, invece, di sollecitazioni parallele all’asse del connettore non esiste un modello teorico ma le normative forniscono delle indicazioni sulla base delle esperienze fatte in tal campo. Ovviamente è facile intuire che dato il tipo di sollecitazione, tra le tipologie in precedenza enunciate di connettori metallici, ce ne sarà qualcuna non in grado di trasmettere sollecitazioni assiali a causa della sua particolare geometria. E’ il caso degli spinotti, dei chiodi lisci, delle graffe e delle cambrette. Ne consegue quindi, che le uniche tipologie di connettori che potranno essere utilizzate per resistere a carichi assiali saranno: - i chiodi ad aderenza migliorata; - i bulloni; - le viti. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 59 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Analogamente a quanto fatto in precedenza per le sollecitazioni taglianti ora si riporteranno le indicazioni riguardanti le sollecitazioni assiali fornite dal documento CNR-DT 206/2006. 2.3.2. Comportamento dei collegamenti con chiodi I chiodi a gambo liscio non devono essere utilizzati per resistere a carichi assiali permanenti o di lunga durata. Nel caso di chiodi ad aderenza migliorata, solo la parte filettata si considera in grado di trasmettere un carico assiale. I chiodi infissi parallelamente alla direzione della fibratura non possono essere considerati in grado di trasmettere carichi assiali. La resistenza caratteristica ad estrazione, Fax , Rk , per chiodi ortogonali alla fibratura (Fig. 2.17a) e per chiodi obliqui (Fig. 2.17b) può essere assunta al più pari a: Fax , Rk ⎧ f ax ,k ⋅ d ⋅ t pen ⎪ = min ⎨ f ax ,k ⋅ d ⋅ t + f head ,k ⋅ d h2 ⎪ f head ,k ⋅ d h2 ⎩ per tutti i chiodi per chiodi a gambo liscio per chiodi ad aderenza migliorata (EN 14592) dove: f ax ,k resistenza unitaria caratteristica a estrazione della punta, in N/mm2; f head ,k resistenza caratteristica alla penetrazione della testa nell’elemento, in N/mm2; d diametro del chiodo, in mm; dh diametro della testa del chiodo, in mm; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 60 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico lunghezza d’infissione della punta (Fig. 2.17), oppure la t pen larghezza della parte filettata inserita nell’elemento in cui è infissa la punta, in mm; spessore dell’elemento dal lato della testa, in mm. t Le resistenze caratteristiche f ax ,k e f head ,k devono essere determinate sperimentalmente in conformità alle EN 1382, EN 1383, EN 14358. Per i chiodi a gambo liscio, normalmente la profondità d’infissione della punta t pen non deve essere inferiore a 12d e, in mancanza di dati sperimentali si possono adottare i seguenti valori caratteristici per le resistenze: f ax ,k = 20 ⋅ 10 −6 ⋅ ρ k2 f head ,k = 70 ⋅ 10 −6 ⋅ ρ k2 dove ρ k è la massa volumica del legno in kg/m3. E’ possibile adottare anche profondità di infissione della punta inferiori a 12d, ma comunque maggiori di 8d; in tal caso la resistenza all’estrazione deve essere ridotta col fattore (t pen / 4d − 2) . Per i chiodi ad aderenza migliorata, normalmente la profondità di infissione della punta t pen non deve essere inferiore a 8d. E’ possibile adottare anche una profondità di infissione della punta inferiori a 8d, ma comunque maggiori di 6d; in tal caso la resistenza all’estrazione deve essere ridotta col fattore (t pen / 2d − 3) . Particolare attenzione deve essere posta nella valutazione della resistenza ad estrazione nel caso in cui il legno strutturale è messo in opera con un umidità vicina al punto di saturazione, e per il quale è prevista essiccazione sotto carico. In tal caso si raccomanda comunque di ridurre i valori di f ax ,k e f head ,k di almeno il 50%. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 61 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Interassi e distanze minimi validi per i chiodi caricati lateralmente, si applicano anche ai chiodi caricati assialmente. Per le chiodature oblique la distanza dal piano dell’unione deve essere almeno pari a 10d (Fig. 2.17b). In ogni collegamento devono essere presenti almeno due chiodi obliqui, disposti simmetricamente rispetto all’asse di sollecitazione. Figura 2.17 Disposizione della chiodatura perpendicolare ed obliqua (Istruzione CNRDT 206/2006, par. B 7.8.3.2). 2.3.3. Comportamento dei collegamenti con bulloni La capacità portante assiale e la capacità ad estrazione di un bullone devono essere assunte pari al valore minore fra: - la resistenza a trazione del bullone; - la resistenza a schiacciamento del legno al di sotto della rondella o, per connessioni acciaio-legno, della piastra di acciaio. La resistenza a schiacciamento del legno al di sotto della rondella deve essere calcolata assumendo una resistenza caratteristica a compressione sull’area di contatto pari a 3 f c ,90,k . La resistenza a schiacciamento del legno al di sotto della piastra di acciaio deve essere assunta come minore o uguale a quella di una rondella circolare equivalente avente un diametro d R pari a : d R = min[12t ;4d ] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 62 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico dove: t spessore della piastra, in mm; d diametro del bullone, in mm. 2.3.4. Comportamento dei collegamenti con viti Per la valutazione della capacità portante di collegamenti realizzati con viti caricate assialmente si deve far riferimento alle seguenti modalità di rottura: - estrazione della parte filettata della vite; - rottura a trazione della vite; - strappo della testa della vite; - penetrazione della testa della vite nell’elemento; - rottura dell’elemento lungo il perimetro di un gruppo di viti (“plug shear” oppure “block shear”). Per viti utilizzate in combinazione con piastre d’acciaio la capacità allo strappo della testa della vite deve essere maggiore della resistenza a trazione della vite. La resistenza caratteristica ad estrazione della vite, secondo un angolo α rispetto alla direzione della fibratura, deve essere assunta pari a: Fax ,α , Rk = nef (π ⋅ d ⋅ l ef )0,8 ⋅ f ax.α ,k dove: nef numero efficace di viti; d diametro esterno misurato sulla filettatura, in mm; l ef profondità d’infissione della parte filettata all’interno dell’elemento contenente la punta, meno una volta il diametro della vite, in mm; f ax.α ,k resistenza caratteristica unitaria a estrazione, secondo un angolo α rispetto alla direzione della fibratura, in N/mm2. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 63 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico La resistenza caratteristica unitaria a estrazione secondo un angolo α rispetto alla fibratura si assume pari a: f ax.α ,k = f ax ,k sen 2α + 1,5 ⋅ cos 2 α con f ax ,k = 3,6 ⋅ 10 −3 ⋅ ρ k1,5 dove: resistenza caratteristica unitaria a estrazione in direzione f ax ,k ortogonale alla fibratura, in N/mm2; ρk massa volumica del legno in kg/m3. La resistenza alla penetrazione della testa nell’elemento ligneo deve essere determinata tramite prove sperimentali in conformità alla EN 1383:2002. Per un collegamento con un gruppo di viti caricate da forze parallele al loro gambo, il numero efficace di viti, nef è dato da nef = n 0,9 dove n è il numero di viti presenti nel collegamento. La profondità minima d’infissione della parte filettata all’interno dell’elemento ligneo contenente la punta deve essere almeno pari a 6d. I valori minimi di interassi e distanze da bordi ed estremità sono forniti in Tab. 2.13. Nel caso di viti rispettose di specifici attestati di conformità, in alternativa, potrà farsi riferimento alle corrispondenti specifiche tecniche. Tabella 2.13 Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per viti caricate assialmente (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.7.2). Viti infisse Interasse minimo Minima distanza dal bordo Ad angolo retto rispetto alla fibratura 4d 4d Parallelamente alla fibratura 4d 2.5d Dipartimento di Ingegneria STrutturale 64 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico 2.4. SOLLECITAZIONI COMBINATE PERPENDICOLARI E PARALLELE ALL’ASSE DEL CONNETTORE 2.4.1. Comportamento dei collegamenti con chiodi Nel caso di collegamenti soggetti ad una sollecitazione combinata di carico assiale (Fax ,d ) e carico tagliante (Fv ,d ) , devono essere soddisfatte le seguenti condizioni: - per chiodi a gambo liscio: Fax ,d Fax , Rd - + Fv ,d Fv , Rd ≤1 per chiodi ad aderenza migliorata (EN 14592): ⎛ Fax ,d ⎜ ⎜F ⎝ ax , Rd 2 ⎞ ⎛ Fv ,d ⎟ +⎜ ⎟ ⎜F ⎠ ⎝ v , Rd 2 ⎞ ⎟ ≤1 ⎟ ⎠ Fax , Rd e Fv , Rd sono le capacità portanti di progetto dell’unione caricata rispettivamente con il solo carico assiale o laterale. 2.4.2. Comportamento dei collegamenti con bulloni Nel caso di collegamenti soggetti ad una sollecitazione combinata di carico assiale (Fax ,d ) e carico tagliante (Fv ,d ) , devono essere soddisfatta la seguente condizione: ⎛ Fax ,d ⎜ ⎜F ⎝ ax , Rd 2 ⎞ ⎛ Fv ,d ⎟ +⎜ ⎟ ⎜F ⎠ ⎝ v , Rd 2 ⎞ ⎟ ≤1 ⎟ ⎠ Fax , Rd e Fv , Rd sono le capacità portanti di progetto dell’unione caricata rispettivamente con il solo carico assiale o laterale. 2.4.3. Comportamento dei collegamenti con viti Nel caso di collegamenti soggetti ad una sollecitazione combinata di carico assiale (Fax ,d ) e carico tagliante (Fv ,d ) , si deve verificare che: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 65 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico ⎛ Fax ,d ⎜ ⎜F ⎝ ax , Rd 2 ⎞ ⎛ Fv ,d ⎟ +⎜ ⎟ ⎜F ⎠ ⎝ v , Rd 2 ⎞ ⎟ ≤1 ⎟ ⎠ Fax , Rd e Fv , Rd sono le capacità portanti di progetto del singolo mezzo di unione caricato rispettivamente con carico assiale o tagliante. 2.5. DISPOSIZIONI COSTRUTTIVE 2.5.1. Chiodi Se non diversamente specificato, i chiodi devono essere infissi ortogonalmente alla fibratura e fino ad una profondità tale che le superfici delle teste dei chiodi risultino a filo della superficie del legno. Se non diversamente specificato, la chiodatura obliqua deve essere eseguita in conformità alla Fig. 2.17. Il diametro delle preforature nel legno non deve essere maggiore di 0,8d, dove d è il diametro del chiodo. Il diametro dei fori nelle piastre d’acciaio non deve essere maggiore di 1 mm del diametro del chiodo salvo eventuale diversa indicazione riportata nel benestare tecnico della specifica tipologia di chiodi prevista. 2.5.2. Bulloni e rondelle Il diametro dei fori nel legno deve essere al massimo di 1 mm più grande rispetto al diametro d del bullone. Nel caso di bulloni calibrati , il diametro del foro del legno deve essere lo stesso di quello del bullone. Il diametro dei fori nelle piastre di acciaio non deve essere più grande di s, rispetto al diametro d del bullone, con: ⎧2mm s = max ⎨ ⎩ 0,1d Dipartimento di Ingegneria STrutturale 66 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico Si raccomanda di verificare la compatibilità dei giochi meccanici con la deformabilità complessiva della struttura: al riguardo, la realizzazione di connessioni esclusivamente a mezzo di bulloni può risultare preferibile ad eccezione delle strutture transitorie o di modesta importanza. Al di sotto della testa del bullone e del dado devono essere utilizzate rondelle aventi lunghezza del lato o diametro pari ad almeno 3d e spessore pari ad almeno 0,3d. Le rondelle devono appoggiare per intero sul legno. Bulloni e tirafondi devono essere serrati nuovamente, se necessario, quando il legno ha raggiunto l’umidità d’equilibrio, in modo d’assicurare il mantenimento della capacità portante e della rigidezza della struttura. I valori minimi del diametro dei bulloni utilizzati insieme a connettori per legno sono riportati nella Tab. 2.14. Tabella 2.14 Requisiti per diametri di bulloni utilizzati con connettori per legno (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.8.3). Tipo di connettore EN 912 dc [mm] dmin [mm] dmax [mm] A1 – A6 ≤ 130 12 24 A1, A4, A6 > 130 0,1 dc 24 d1 -1 d1 B dove: dc diametro del connettore, in mm; d diametro del bullone, in mm; d1 diametro del foro centrale del connettore, in mm. 2.5.3. Spinotti Il diametro degli spinotti non deve essere minore di 6 mm. Le tolleranze sul diametro dello spinotto devono essere contenute entro 0/+0,1 mm. Le preforature negli elementi di legno non devono avere Dipartimento di Ingegneria STrutturale 67 Capitolo 2 Il comportamento meccanico dei connettori metallici a gambo cilindrico diametro maggiore di quelle dello spinotto. Il diametro dei fori nelle piastre d’acciaio non deve essere maggiore di 1 mm, rispetto al diametro dello spinotto. 2.5.4. Viti Per le viti applicate al legno di conifere con diametro del tratto liscio del gambo minore o uguale a 6 mm, non è richiesta la preforatura. E’ richiesta la preforatura per tutte le viti impiegate con legno di latifoglie e per viti applicate anche al legno di conifere aventi un diametro d > 6 mm. Il foro-guida per la porzione filettata della vite deve essere un diametro pari approssimativamente al 70% del diametro del filetto, mentre la parte liscia della vite deve avere lo stesso diametro del gambo liscio. Il diametro dei fori nelle piastre d’acciaio non deve essere maggiore di 1 mm del diametro della parte liscia della vite, salvo eventuale diversa indicazione riportata nel benestare tecnico della specifica tipologia di viti. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 68 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 CAPITOLO 3 PROVE DI CARATTERIZZAZIONE DELLA VITE TECFI TT02 3.1. INTRODUZIONE Dopo una prima parte in cui si è descritta l’analisi teorica dei sistemi di connessione a gambo cilindrico in riferimento alle diverse tipologie esistenti ora si descriverà la parte sperimentale del presente lavoro di tesi attraverso la quale si sono valutate la resistenza all’estrazione e la resistenza a taglio della vite da legno oggetto di studio. Le prove svolte sono state eseguite nel rispetto delle normative vigenti in materia, al fine di raggiungere una competenza riguardo alla Marcatura CE dei connettori per legno, nonostante il fatto che per questi particolari prodotti non sia stata ancora fissata una data limite oltre la quale la marcatura CE diventi obbligatoria. 3.2. IL PERCORSO DELLA MARCATURA CE La Marcatura CE è stata istituita dalla legislazione comunitaria nel quadro delle iniziative per l’attuazione comunitaria del grande Mercato Interno Comunitario. Costituisce lo strumento per comunicare agli utilizzatori che quel prodotto rispetta i sei requisiti essenziali di sicurezza (cogenti) contenuti nella Direttiva: 1 - Resistenza meccanica e stabilità; 2 - Sicurezza in caso di incendio ; 3 - Igiene, salute, ambiente; 4 - Sicurezza nell'uso; 5 - Protezione contro il rumore ; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 69 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 6 - Risparmio energetico ed isolamento termico. Essa è costituita da una etichetta che deve essere apposta in modo visibile, leggibile e indelebile sul prodotto (o sul suo imballaggio, o sui documenti commerciali di accompagnamento, a condizione che la Direttiva lo preveda). Figura 3.1 Marcatura CE ed informazioni di corredo (Documento Guida D, Servizio Tecnico Centrale). L’ordine con cui queste possibilità sono state indicate (marcatura CE e informazioni di accompagnamento affisse sul prodotto stesso, su un etichetta allegata ad esso o sul suo imballo, oppure fa parte dei documenti di trasporto) riflette chiaramente le preferenze gerarchicamente espresse. Quindi, se possibile, la marcatura CE e le informazioni di accompagnamento devono essere affisse sul prodotto stesso. Se ciò non fosse praticabile, per ragioni di tipo fisico, tecnico ed economico, per la marcatura CE e per le informazioni di accompagnamento si deve scegliere la soluzione immediatamente successiva nella lista indicata. Per taluni prodotti appare appropriato specificare una combinazioni di tali possibilità. Per esempio un informazione minima può apparire sul prodotto stesso, mentre l’informazione completa può essere inserita nel Documento di Trasporto. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 70 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Il responsabile dell’apposizione della marcatura CE è il fabbricante, l’importatore e comunque colui che immette in commercio il prodotto. Il rivenditore e/o installatore, prima di acquistare un prodotto, deve accertarsi che ci sia la marcatura CE. In caso contrario la legislazione comunitari e/o nazionale prevede specifiche sanzioni. Inoltre la marcatura deve essere facilmente accessibile per le autorità di sorveglianza del mercato. Per ogni materiale e prodotto a base di legno (così come per gli altri materiali da costruzione) esiste una specifica procedura (Tab. 3.1). Tabella 3.1 Procedure per la Marcatura CE dei differenti prodotti (Direttiva 89/106/CEE - CPD). Prodotto pannelli a base legno Legno lamellare incollato legno strutturale finger joint Legno massiccio classificato con sezione rettangolare Reticolari prefabbricate con piastre metalliche punzonate Muri, tetti e solai prefabbricati per case in legno Laminated Veneer Lumber (LVL/Kerto) Elementi meccanici di collegamento per legno Pannelli e tamponamenti di legno massiccio Connettori Piastre metalliche tridimensionali Kit edifici timber frame Travi e pilastri per case in legno Case tipo blockbau Piastre tridimensionali Standard o ETAG EN 13986 EN 14080 EN 385 Attestato di Conformità 1, 2+, 3, 4 1 1 EN 14081 2+ EN 14250 2+ EN 14732-1/2 1 EN 14374 1 EN 14592 3, 4 EN 14915 1, 3, 4 EN 14545 EN 14342 ETAG 007 ETAG 011 ETAG 012 ETAG 015 2+, 3 3, 4 1 1 1 2+ Dipartimento di Ingegneria STrutturale 71 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Tabella 3.2 Sistema Sistemi di attestazione della qualità (Estratto dalla linea guida K, Direttiva 89/106/CEE - CPD). Compiti del produttore Prove iniziali di tipo del prodotto Controllo di produzione in fabbrica Controllo di produzione in fabbrica Prove iniziali di tipo del prodotto Controllo di produzione in fabbrica 4 3 2 2+ Prove iniziali di tipo del prodotto Controllo di produzione in fabbrica Prove su campioni in accordo ad un piano di prove prestabilito 1 Controllo di produzione in fabbrica Ulteriori prove su campioni in accordo ad un piano di prove prestabilito Controllo di produzione in fabbrica Ulteriori prove su campioni in accordo ad un piano di prove prestabilito 1+ 1 Compiti dell’Organismo Notificato Prove iniziali di tipo del prodotto Certificazione del Controllo di produzione in fabbrica sulla base dell’ispezione iniziale Certificazione del controllo di produzione in fabbrica sulla base di: • Ispezione iniziale • Sorveglianza continua, valutazione ed approvazione del controllo di produzione in fabbrica Certificazione di conformità del prodotto sulla base di compiti dell’Organismo Notificato e dei compiti assegnati al produttore Compiti dell’Organismo Notificato: • Prove iniziali di tipo del prodotto • Ispezione iniziale della fabbrica e del controllo di produzione in fabbrica • Sorveglianza continua, valutazione ed approvazione del controllo di produzione in fabbrica Certificazione di conformità del prodotto sulla base di compiti dell’Organismo Notificato e dei compiti assegnati al produttore Compiti dell’Organismo Notificato: • Prove iniziali di tipo del prodotto • Ispezione iniziale della fabbrica e del controllo di produzione in fabbrica • Sorveglianza continua, valutazione ed approvazione del controllo di produzione in fabbrica • Prove su campioni prelevati dalla fabbrica, sul mercato o in cantiere Documenti per marchio CE Dichiarazione di conformità1 del produttore Dichiarazione di conformità1 del produttore + Certificazione del controllo di produzione in fabbrica Dichiarazione di conformità1 del produttore + Certificato di conformità del prodotto La dichiarazione di conformità è sempre richiesta. In termini pratici esistono 3 casi in cui un produttore può trovarsi e le relative conseguenze sono: 1. Il prodotto è coperto da una norma: in questo caso (il più semplice) non bisogna fare altro che scegliersi un Organismo Notificato a cui affidare le procedure per la marcatura CE; 2. Il prodotto non è coperto da una norma ma c’è la guida tecnica: il produttore deve in questo caso scegliere un Organismo di Approvazione che prepara un ETA (specifica europea per il prodotto) e solo a questo punto si torna a scegliere un ON per le procedure conseguenti; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 72 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 3. Il prodotto non è coperto da una norma e non c’è una guida: il produttore avrà bisogno in questo caso di farsi fare un ETA, scegliendo un organismo membro dell’EOTA che stabilisce una procedura di valutazione assieme agli altri organismi; dopo di che per procedere con le relative procedure per la marcatura CE bisogna passare da un ON. Una volta accreditati ad apporla sul prodotto, la marcatura CE: - Indica che sono stati soddisfatti i requisiti essenziali di tutte le Direttive Comunitarie applicabili sul prodotto; - Indica che sono state svolte sul prodotto tutte le verifiche e le prove richieste dalle specifiche tecniche delle norme armonizzate ; - Abilita il prodotto all’immissione sul mercato; - Assicura il consumatore sull’idoneità del prodotto relativamente ai requisiti essenziali previsti e per il solo uso previsto. La marcatura CE non è un marchio di origine né un marchio di qualità, ma solo una garanzia di sicurezza. 3.3. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI DELLE CONNESSIONI SPERIMENTATE 3.3.1. Il legno Per caratterizzare la vite oggetto di studio si è scelto di utilizzare un tipo di legno, in particolare legno lamellare, molto utilizzato nelle pratiche costruttive odierne. Sono stati così ordinati ad un azienda umbra, e precisamente la COST S.P.A. – SISTEMA LEGNO di Bastia Umbra Dipartimento di Ingegneria STrutturale 73 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 (PG), dei blocchi costituiti da pezzi di travi in legno lamellare ottenute incollando tavole di abete selezionate, aventi classe di resistenza BS11 (o l’equivalente designazione per la norma UNI EN 1194 alla classe GL24). Questo di tipo di legno lamellare è stato scelto per mettersi in condizione di massima sicurezza dato che i valori di resistenza forniti dalle prove sono influenzati proporzionalmente dal valore della massa volumica del legno, ed essendo quella di questo tipo di legno pari a ρ = 350 Kg / m 3 , cioè il valore più basso, si sarebbero ottenuti i più bassi valori di resistenza così da valutare i connettori nella condizione peggiore. Negli Allegati 1 e 2 sono riportati rispettivamente la “Relazione sulla certificazione del processo produttivo” e l’”Attestato A di controllo dell’idoneità ad incollare strutture portanti in legno lamellare secondo la normativa DIN 1052 parte 1 – paragrafo 12.1” posseduti dalla COST S.P.A. Come si può notare queste certificazioni sono in riferimento a normative tedesche secondo le quali è già da tempo obbligatoria la certificazione del processo produttivo mentre soltanto le normative italiane più recenti in accordo con le direttive CEN hanno introdotto questo concetto attraverso la marcatura CE. 3.3.2. La vite TECFI TT02 La vite oggetto di studio è prodotta da un’azienda ai primi posti in Italia per la produzione di sistemi di fissaggio la TECFI S.P.A. di Pastorano (CE), ed è una vite TPS per truciolare, avente un impronta TORX, prodotta con acciaio cementato, rivestita da una speciale zincatura di colore giallo, dotata di un filetto speciale brevettato TECFI ed alesatore. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 74 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Dalla figura è possibile comprendere meglio le caratteristiche geometriche: Figura 3.2 Vite TECFI TT02 (Scheda tecnica della vite, Allegato 4). La prima parte della filettatura favorisce l’infissione nel legno per questo il filetto elicoidale è “seghettato”; la seconda parte è quella che fornisce la resistenza all’estrazione della vite; la presenza dell’alesatore serve a fornire una maggiore resistenza all’estrazione dovuta al diverso attrito che si crea rispetto alla parte filettata per effetto della sua forma; la testa fornita di alette aumenta la resistenza alle rotazioni che potrebbero svitare la vite per effetto dell’attrito che genera sulla rondella. Le particolari caratteristiche di cui è dotata questa vite consentono un veloce, pratico e sicuro serraggio anche nei legni lamellari più duri. La produzione ricopre tre diversi diametri ∅ 6 mm, ∅ 8 mm e ∅ 10 mm con un ampio spettro di lunghezze adatte ai diversi utilizzi previsti. Per quanto riguarda le dimensioni prodotte dall’azienda si rimanda all’Allegato 3 in cui è riportato il catalogo della produzione. Le caratteristiche tecniche della vite, invece, sono riportate all’interno dell’Allegato 4 (scheda tecnica). Le lunghezze delle viti utilizzate nella presente sperimentazione sono state le seguenti: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 75 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Tabella 3.3 Caratteristiche delle viti utilizzate nella presente sperimentazione. DIAMETRO VITE d LUNGHEZZA VITE PROFONDITA’ D’INFISSIONE L [mm] [mm] 6 150 8d = 48 6 200 20d = 120 8 140 8d = 64 8 200 20d = 160 10 160 8d = 80 10 300 20d = 200 [mm] Come si può notare sono state eseguite prove con due differenti profondità di infissione e precisamente 8d e 20d. 3.3.3. La rondella Al fine di evitare che avvenga la penetrazione della testa della vite nel legno durante la posa in opera della vite si inserisce una rondella che ha la funzione di aumentare la superficie di contrasto facendo diminuire così le tensioni di contatto. La rondella viene prodotta in acciaio rivestita da una zincatura gialla, ed ha una forma conica così da permettere il perfetto alloggiamento della testa svasata della vite. Il foro della rondella deve essere tale da permettere il passaggio della vite senza intaccarla e di conseguenza vengono prodotte tre diverse dimensioni di rondella da utilizzare in funzione dei tre diversi diametri di vite. Per ogni diametro di vite è stata utilizzata la corrispondente rondella caratterizzata dalle seguenti dimensioni: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 76 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Tabella 3.4 Dimensioni delle rondelle utilizzate nella presente sperimentazione. DIAMETRO VITE d DIAMETRO FORO RONDELLA SPESSORE RONDELLA [mm] [mm] 6 7,6 4,5 8 9,5 5,3 10 11,4 6,0 [mm] 3.4. MATRICE DELLE PROVE SPERIMENTALI Ogni analisi sperimentale prevede la redazione di un programma di prove da compiere in laboratorio, noto ai più come “Matrice delle Prove”. La matrice delle prove che è stata fissata per questa sperimentazione prevede due tipologie di prove: - Prove di estrazione (Tab. 3.5); - Prove a taglio (Tab. 3.6); Tabella 3.5 Matrice delle prove di estrazione. PROVE DI ESTRAZIONE d = 6 mm d = 8 mm d = 10 mm i =48 mm i =120 mm i =64 mm i =160 mm i =80 mm i =200 mm PARALLELA 5 5 5 5 5 5 ORTOGONALE 5 5 5 5 5 5 Tabella 3.6 Matrice delle prove a taglio. PROVE A TAGLIO PARALLELA ORTOGONALE d = 6 mm i = 10d = 60 mm 3 3 d = 8 mm i = 10d = 80 mm 3 3 d = 10 mm i = 10d = 100 mm 3 3 dove: d diametro della vite Dipartimento di Ingegneria STrutturale 77 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 i profondità d’infissione parallela prova eseguita con l’asse della vite in direzione parallela rispetto alla direzione della fibratura ortogonale prova eseguita con l’asse della vite in direzione ortogonale rispetto alla direzione della fibratura 3.5. PROVE DI ESTRAZIONE Le prove sono state effettuate seguendo le istruzioni riportate nella normativa UNI EN 1382:2002 – “Resistenza all’estrazione di elementi meccanici di collegamento”. Scopo delle prove è valutare la resistenza all’estrazione delle viti da campioni in legno lamellare con dimensioni ottemperanti alle indicazioni della normativa, valutandone il parametro di resistenza all’estrazione per diverse profondità d’infissione nel legno e con diversa orientazione delle viti rispetto alla fibratura. 3.5.1. Geometria dei provini Si riportano ora le indicazioni della norma UNI EN 1382:2002 riguardanti la fabbricazione dei provini e la loro preparazione applicandole al caso delle viti: 1) Asse dell’elemento di collegamento perpendicolare alla fibratura: l’asse della vite deve essere perpendicolare alla superficie del legno; l’inserimento delle viti nel legno deve seguire la normale prassi (vedi disposizioni costruttive par. 2.5.4.); la larghezza e Dipartimento di Ingegneria STrutturale 78 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 l’altezza del provino nella direzione di inserimento della vite deve essere almeno pari a (l p + 5d ) (Fig. 3.3); 2) Asse dell’elemento di collegamento parallelo alla fibratura: l’asse della vite deve essere perpendicolare alla superficie del legno; l’inserimento della vite nel legno deve seguire la normale prassi (par. 2.5.4.); la lunghezza del provino nella direzione di inserimento della vite deve essere almeno pari a (2l p + 5d ) (Fig. 3.4); 3) Carico perpendicolare alla fibratura: i provini devono essere conformi alla figura 3.3; le viti devono essere inserite fino a raggiungere una penetrazione compresa tra 8d e 20d e devono essere rispettate le distanze dai bordi come riportato in figura 3.3; 4) Carico parallelo alla fibratura: i provini devono essere conformi alla figura 3.4; le viti devono essere inserite fino a raggiungere una penetrazione compresa tra 8d e 20d e devono essere rispettate le distanze dai bordi (Fig. 3.4). Figura 3.3 Provini per prova di estrazione – carico perpendicolare alla fibratura (UNI EN 1382:2002 par. 6.4.1). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 79 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Figura 3.4 Provini per prova di estrazione – carico parallelo alla fibratura (UNI EN 1382:2002 par. 6.4.2). Al fine di rispettare tali indicazioni fornite dalla norma UNI EN 1382:2002 le dimensioni dei provini di legno lamellare da utilizzare sono le seguenti (Fig. 3.5). Dimensioni del provino utilizzato per le prove di estrazione. 22 cm 25 cm Figura 3.5 45 cm Dipartimento di Ingegneria STrutturale 80 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 3.5.2. Setup di prova Figura 3.6 Elementi componenti il setup di prova. Dado ferma-barra Piastra Martinetto Cella di carico Piastra Barra filettata Supporto per il trasduttore Trasduttore (LVDT) Telaio di contrasto Bulloni per fissare le piastre forate Seconda piastra forata Dado ferma-barra Rondella Vite Angolare per la lettura degli spostamenti Prima piastra forata Blocco di legno lamellare Dipartimento di Ingegneria STrutturale 81 Capitolo 3 Figura 3.7 A) Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 A) Schema del setup di prova; B) foto della strumentazione di prova. B) Come si può notare dagli schemi che riproducono il setup della prova (Fig. 3.6 e Fig. 3.7), il carico assiale di estrazione viene trasferito alla vite tramite un sistema di piastre collegate con una barra filettata ∅ 18 mm (che per tali sollecitazioni registra deformazioni trascurabili) ad un telaio di contrasto. Sul telaio è poggiato un martinetto idraulico, messo in azione per mezzo di una pompa, e grazie ad esso si applica il carico. Le misurazioni del carico sono state effettuate utilizzando una cella di carico (che può portare fino a 30 KN) collegata ad una centralina Spider della HBM. Questa a sua volta è stata collegata ad un notebook sul quale è installato il software di acquisizione dati CATMAN Professional 5.0. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 82 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Sfruttando un altro canale di ingresso dati della stessa centralina è stato possibile acquisire gli spostamenti (misurati in corrispondenza della testa della vite) attraverso l’applicazione di un trasduttore (LVDT). La frequenza di acquisizione dati è stata fissata in 5 Hz (5 registrazioni al secondo). 3.5.3. Modalità di esecuzione della prova La normativa UNI EN 1382:2002 fornisce al par. 6.5 le indicazioni sul procedimento di prova ed in essa è così riportato: “La prova di estrazione deve essere eseguita a velocità costante di applicazione del carico. In caso di determinazione del parametro di resistenza a estrazione f , la velocità di applicazione del carico deve essere tale che il tempo necessario per raggiungere FMAX sia pari a (90 ± 30)s . Determinare FMAX con accuratezza dell’1%.” Per rispettare queste indicazioni è stata effettuata, per ogni tipologia prevista nella matrice, una prova ad hoc in modo da individuare il valore di resistenza massimo atteso. Conosciuto il valore FMAX per ogni tipo di prova è stata determinata la velocità di applicazione del carico che permettesse di rispettare le suddette indicazioni. Questo è stato l’andamento del diagramma di applicazione del carico in funzione del tempo (Fig. 3.8): Dipartimento di Ingegneria STrutturale 83 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Figura 3.8 Andamento temporale dell’applicazione del carico. 3.5.4. Risultati delle prove di estrazione I dati ottenuti dalle prove sono stati organizzati in tre tabelle (Tab. 3.8, 3.9 e 3.10) ognuna corrispondente ad un diametro della vite diverso. In esse sono riportati: - La denominazione del campione, sigla che sta ad indicare la tipologia di prova (E = estrazione), il diametro (06, 08 o 10), la direzione del carico rispetto alla direzione della fibratura (ORT = ortogonale o PAR = parallela), la profondità d’infissione (8d o 20d), il numero della prova (1,2,3,4, o 5); - Il valore di resistenza massima registrata all’estrazione Fmax in KN; - Il tempo, in secondi, corrispondente al raggiungimento del carico massimo, TFmax; - Il valore dello spostamento, in mm, corrispondente al raggiungimento del carico massimo, SFmax; - Il valore medio, calcolato come la media dei valori massimi ottenuti nelle 5 prove di ogni tipologia, della resistenza all’estrazione, Fmedio in KN; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 84 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 - Il valore medio y della variabile stocastica y = ln m calcolato con la relazione y = 1 n ∑ ln mi dove mi è l’i-esimo valore ottenuto dalla n i =1 prova, ed n è la numerosità delle prove; - La deviazione standard S y per la variabile stocastica y = ln m calcolata con la relazione S y = ( 1 n ∑ ln mi − y n − 1 i =1 ) 2 ; - Il valore caratteristico mk con un frattile del 5 % calcolato con la relazione mk = exp(y − k s S y ) dove k s è fornito nella Tab. 3.7. Questi ultimi tre valori sono valori statistici determinati in accordo alle indicazioni fornite nella normativa UNI EN 14358:2007 Strutture di legno – Calcolo dei valori caratteristici 5-percentili e criteri di accettazione per un campione. Tabella 3.7 Valori del fattore k s . Numero di campioni della prova Fattore n ks 3 3,15 5 2,46 10 2,10 15 1,99 20 1,93 50 1,87 100 1,81 500 1,71 ∞ 1,65 Per far capire l’andamento grafico delle prove si riportano anche per ogni diametro della vite 2 diagrammi carico-spostamento rappresentativi delle prove con infissione 8d, uno in direzione parallela ed uno in direzione ortogonale. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 85 Capitolo 3 Tabella 3.8 DENOMINAZIONE CAMPIONE E 06 ORT 48 - 1 E 06 ORT 48 - 2 E 06 ORT 48 - 3 E 06 ORT 48 - 4 E 06 ORT 48 - 5 E 06 ORT 120 - 1 E 06 ORT 120 - 2 E 06 ORT 120 - 3 E 06 ORT 120 - 4 E 06 ORT 120 - 5 E 06 PAR 48 - 1 E 06 PAR 48 - 2 E 06 PAR 48 - 3 E 06 PAR 48 - 4 E 06 PAR 48 - 5 E 06 PAR 120 - 1 E 06 PAR 120 - 2 E 06 PAR 120 - 3 E 06 PAR 120 - 4 E 06 PAR 120 - 5 Figura 3.9 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 6 mm). Fmax T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [KN] 6,06 5,28 5,38 5,79 5,19 15,06 15,25 15,27 13,89 15,73 4,36 4,49 3,78 3,85 3,53 12,08 11,50 10,47 10,16 13,30 [s] 100,00 87,60 79,30 89,40 89,00 89,60 92,20 67,40 82,60 88,20 62,00 80,80 73,80 68,40 66,80 83,00 100,20 80,00 61,00 63,40 [mm] 1,57 0,56 1,49 0,92 1,27 1,83 0,33 0,96 1,25 1,01 0,35 0,24 0,46 0,08 0,27 0,25 0,51 0,44 0,39 0,73 [KN] Valore Deviazione Caratteristico Standard [KN] _ y 5,54 1,71 0,07 4,70 15,04 2,71 0,05 13,40 4,00 1,38 0,10 3,11 11,50 2,44 0,11 8,76 Prova E 06 ORT 48 - 4. 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 3,000 d = 6 mm 2,000 8d 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 86 Capitolo 3 Figura 3.10 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Prova E 06 PAR 48 - 4. 4,500 4,000 d = 6 mm 3,500 8d Forza [KN 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 Tabella 3.9 DENOMINAZIONE CAMPIONE E 08 ORT 64 - 1 E 08 ORT 64 - 2 E 08 ORT 64 - 3 E 08 ORT 64 - 4 E 08 ORT 64 - 5 E 08 ORT 160 - 1 E 08 ORT 160 - 2 E 08 ORT 160 - 3 E 08 ORT 160 - 4 E 08 ORT 160 - 5 E 08 PAR 64 - 1 E 08 PAR 64 - 2 E 08 PAR 64 - 3 E 08 PAR 64 - 4 E 08 PAR 64 - 5 E 08 PAR 160 - 1 E 08 PAR 160 - 2 E 08 PAR 160 - 3 E 08 PAR 160 - 4 E 08 PAR 160 - 5 0,200 0,400 0,600 0,800 Spostamento [mm] 1,000 1,200 Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 8 mm). _ y Deviazione Standard Valore Caratteristico [KN] 9,00 2,19 0,11 6,78 16,35 2,79 0,07 13,71 6,85 1,92 0,09 5,54 13,22 2,57 0,18 8,36 Fmax T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [KN] 9,57 8,57 7,57 9,12 10,16 16,12 16,07 15,30 15,82 18,41 6,21 6,56 6,64 7,77 7,07 13,36 9,99 16,46 12,45 13,87 [s] 103,20 76,60 93,40 93,80 69,80 101,60 105,40 118,00 111,00 110,00 68,20 62,20 73,60 95,80 67,00 89,40 67,80 104,00 84,20 65,60 [mm] 1,32 0,65 1,37 1,61 0,48 0,19 0,30 1,82 1,75 1,93 0,25 0,79 0,99 0,34 0,17 0,07 0,44 0,69 0,83 0,36 [KN] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 87 Capitolo 3 Figura 3.11 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Prova E 08 ORT 64 - 4. 10,000 9,000 8,000 Forza [KN 7,000 6,000 5,000 4,000 d = 8 mm 3,000 8d 2,000 1,000 0,000 0,000 Figura 3.12 0,500 1,000 1,500 2,000 Spostamento [mm] 2,500 3,000 3,500 Prova E 08 PAR 64 - 3. 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 d = 8 mm 3,000 8d 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 88 Capitolo 3 Tabella 3.10 DENOMINAZIONE CAMPIONE E 10 ORT 80 - 1 E 10 ORT 80 - 2 E 10 ORT 80 - 3 E 10 ORT 80 - 4 E 10 ORT 80 - 5 E 10 ORT 200 - 1 E 10 ORT 200 - 2 E 10 ORT 200 - 3 E 10 ORT 200 - 4 E 10 ORT 200 - 5 E 10 PAR 80 - 1 E 10 PAR 80 - 2 E 10 PAR 80 - 3 E 10 PAR 80 - 4 E 10 PAR 80 - 5 E 10 PAR 200 - 1 E 10 PAR 200 - 2 E 10 PAR 200 - 3 E 10 PAR 200 - 4 E 10 PAR 200 - 5 Figura 3.13 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 10 mm). Fmax T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [KN] 15,75 14,89 13,22 14,03 16,57 21,91 18,94 21,97 20,30 21,37 14,26 13,99 9,18 9,53 10,47 15,58 14,93 16,17 16,06 15,80 [s] 111,80 63,20 89,40 89,60 108,00 119,80 118,20 111,80 114,60 118,00 66,80 65,80 67,20 64,80 78,60 68,80 71,60 89,60 93,60 80,00 [mm] 1,45 0,86 0,83 2,20 2,16 2,18 2,94 2,21 2,55 2,63 1,03 0,45 0,69 0,54 0,49 1,14 0,61 0,49 0,85 0,34 [KN] _ y Valore Deviazione Caratteristico Standard [KN] 14,89 2,70 0,09 11,90 20,90 3,04 0,06 17,89 11,48 2,42 0,21 6,72 15,71 2,75 0,03 14,52 Prova E 10 ORT 80 - 1. 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 d = 10 mm 6,000 8d 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 2,500 3,000 89 Capitolo 3 Figura 3.14 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Prova E 10 PAR 80 - 3. 10,000 9,000 8,000 Forza [KN 7,000 6,000 5,000 d = 10 mm 4,000 3,000 8d 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 Spostamento [mm] 3,000 3,500 4,000 Per poter esaminare ogni singolo diagramma delle prove di estrazione effettuate nella sperimentazione si rimanda all’Appendice A della presente tesi. Dal riscontro delle prove effettuate si è evinto che la modalità di rottura che si è registrata nella totalità dei casi esaminati è stata quella di estrazione della vite dal legno in quanto, come era lecito aspettarsi, la resistenza del legno all’estrazione della vite si raggiunge per valori di forza applicata molto più bassi rispetto ai valori per i quali si ha la rottura della vite. Le viti estratte presentano però dei segni evidenti, esclusivamente nella parte filettata della vite, di deformazione anelastica (in trazione) come si può notare dalla Figura 3.15, da essa, infatti, si nota il distaccamento dello strato protettivo zincante nella parte centrale tra due ali consecutive della filettatura, corrispondente al punto in cui la sezione della vite ha un Dipartimento di Ingegneria STrutturale 90 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 diametro minore. Questo fa supporre che le tensioni raggiunte nella vite in corrispondenza della parte filettata per effetto della trazione della stessa siano state maggiori del valore che si ha in corrispondenza del limite elastico del diagramma forza-spostamento della prova a trazione della vite. Figura 3.15 Segni di deformazione anelastica a trazione delle viti sperimentate. Per quanto riguarda la rottura del legno, è rilevante annotare che nelle prove in direzione ortogonale alla direzione delle fibre si è avuta la rottura dello strato più superficiale del legno durante l’estrazione (Fig. 3.16), mentre in quelle in direzione parallela si è avuta l’estrazione di un truciolo di legno che restava in parte attaccato alla parte filettata della vite (Fig. 3.17). Figura 3.16 Rottura superficiale del legno durante l’estrazione della vite. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 91 Capitolo 3 Figura 3.17 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Formazione di un truciolo di legno durante l’estrazione. Si riportano ora alcune immagini di blocchi di legno utilizzati nella sperimentazione che sono stati sezionati per evidenziare gli effetti interni dell’estrazione della vite (Fig. 3.18 e Fig. 3.20). Figura 3.18 Fori nel legno lasciati dall’estrazione di viti. Figura 3.19 Particolare dei segni lasciati dalla parta filettata della vite durante l’infissione. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 92 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 3.6. PROVE A TAGLIO Le prove a taglio sono state eseguite seguendo le indicazioni della norma UNI EN 383:2007 – “Strutture di legno – Metodi di prova – Determinazione della resistenza al rifollamento e dei moduli di rigidezza locali per elementi di collegamento di forma cilindrica.” Questa norma è stata pubblicata nell’aprile 2007 in lingua inglese e rappresenta l’aggiornamento della UNI EN 383:1994. Come si può comprendere dal titolo stesso della norma essa fornisce indicazioni circa la determinazione della resistenza al rifollamento che, come già detto nel par. 2.2, è quel fenomeno deformativo che si registra nella zona di legno adiacente al connettore per effetto dei carichi taglianti che sollecitano il sistema legno-connettore. Nella resistenza a taglio rientra anche la resistenza dell’acciaio della vite che gioca un ruolo importante nel momento in cui si raggiungono valori di carico per i quali si ha la formazione di una cerniera plastica, dovuta al raggiungimento del valore di momento di snervamento dell’acciaio in un punto della vite. Anche in questo caso si è seguita la tabella costituente la matrice delle prove solo che, a differenza delle prove di estrazione, la profondità di infissione che è stata scelta è una sola, e precisamente 10d. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 93 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 3.6.1. Setup di prova Figura 3.20 Elementi componenti il setup di prova. Profilato a C di supporto per il martinetto Supporto per il trasduttore Martinetto Trasduttore verticale (LVDT 1) Piastra Cella di carico Piastra Lamiera anti-rotazione Angolare in acciaio per lettura spostamenti LVDT 1 Trasduttore orizzontale (LVDT 2) Supporto per il trasduttore Prisma rettangolare in legno lamellare Vite Blocco in legno lamellare Figura 3.21 A) A) Schema del setup di prova; B) foto della strumentazione di prova. B) Dipartimento di Ingegneria STrutturale 94 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Come si può notare dalle fasi del montaggio (Fig. 3.20) si è cercato di trovare un setup ottimale cercando di riprodurre le condizioni previste dalla normativa, e al tempo stesso permettere un rapido montaggio e smontaggio della prova al fine di favorire la ripetibilità della stessa. Si è partiti dal ricreare due piani orizzontali utilizzando dei profili di acciaio a C connessi ad un telaio fisso in acciaio; quello posizionato più in basso è servito da base per i provini, mentre l’altro è servito da contrasto. Questo perché, proprio fissato sotto questo piano, vi è un martinetto idraulico che serve a fornire il carico sul provino. Tra il martinetto ed il provino infine vi è una serie di piastre atte a ripartire meglio il carico trasmesso dal martinetto ed una cella di carico da 15 KN collegata ad una centralina SPIDER. Il provino è costituito da due parti: la prima è un blocco in legno lamellare (delle stesse dimensioni di quelli utilizzati per le prove di estrazione); la seconda è costituita da un prisma rettangolare (sempre in legno lamellare) che viene fissato al primo tramite la vite che deve essere testata. Al fine di non far ruotare questo prisma durante l’applicazione del carico (con asse di rotazione coincidente con la vite stessa), sono state apposte due lamiere opportunamente spalmate con del grasso per evitare che si possa creare attrito tra il legno del prisma e la lamiera. Sui due piani orizzontali sono stati fissati due trasduttori per la lettura degli spostamenti, uno in direzione verticale e l’altro in direzione orizzontale. Quest’ultimo serve in realtà a tenere sotto controllo la prova affinché non si registrino eccessive rotazioni del prisma dovute al momento flettente che si genera per effetto della non simmetria dello schema. E’ da precisare però che questo trasduttore non fornisce un vincolo alla rotazione, ma ne misura gli effetti in modo che nel caso in una prova si registrasse uno spostamento orizzontale troppo ampio, la stessa verrebbe ripetuta. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 95 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Anche in questo caso la frequenza di acquisizione dati è stata fissata in 5Hz. 3.6.2. Modalità di esecuzione della prova La normativa UNI EN 383:2007 fornisce al par. 6.5.6. le indicazioni sul procedimento di prova ed in essa è riportato sinteticamente questa modalità: la procedura di applicazione del carico deve seguire questo percorso, si deve raggiungere il valore di carico pari a 0,4 ⋅ FMAX ,est in corrispondenza di 120 secondi dall’inizio della prova e si deve mantenere costante questo livello di carico per 30 secondi. Dopodiché si scarica il martinetto fino ad arrivare al valore di carico pari a 0,1 ⋅ FMAX ,est in corrispondenza di 240 secondi dall’inizio della prova e di deve mantenere costante questo livello di carico per 30 secondi, trascorsi i quali si deve iniziare a caricare nuovamente il provino fino al raggiungimento del carico FMAX ,est . Quest’ultima fase deve durare un tempo compreso nell’intervallo 300 ± 120 secondi. Tutto quanto appena descritto è possibile comprenderlo meglio guardando il grafico che rappresenta l’andamento dell’applicazione del carico rispetto al tempo (Fig. 3.22). La normativa UNI EN 383:2007 presuppone la conoscenza di FMAX ,est per poter definire la velocità di applicazione del carico. Questo FMAX ,est può essere determinato o sulla base dell’esperienza comune o con prove preliminari. Nella presente sperimentazione sono state fatte prove ad hoc per la determinazione di FMAX ,est che hanno permesso in seguito di stabilire la velocità di applicazione del carico che, ovviamente, varia in funzione Dipartimento di Ingegneria STrutturale 96 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 del diametro del connettore e della direzione dell’asse del connettore rispetto alla direzione della fibratura. Figura 3.22 Andamento temporale dell’applicazione del carico. 1 Carico-tempo 0,9 0,8 Fmax/Fmax,es 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 300 ± 120 secondi Tempo [s] 3.6.3. Risultati delle prove a taglio I dati ottenuti dalle prove sono stati organizzati in tre tabelle (Tab. 3.11, 3.12 e 3.13) ognuna corrispondente ad un diametro della vite diverso. In esse sono riportati: - La denominazione del campione, sigla che sta ad indicare la tipologia di prova (T = taglio), il diametro (06, 08 o 10), la direzione del carico rispetto alla direzione della fibratura (ORT = ortogonale o PAR = parallela), la profondità d’infissione (8d o 20d), il numero della prova (1,2,3,4, o 5); - Il valore di resistenza massima registrata a taglio (Fmax), in KN; - Il tempo, in secondi, corrispondente al raggiungimento del carico massimo, TFmax; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 97 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 - Il valore dello spostamento, in mm, corrispondente al raggiungimento del carico massimo, SFmax; - Il valore medio, calcolato come la media dei valori massimi ottenuti nelle 3 prove per ogni tipologia, della resistenza all’estrazione, Fmedio in KN; - Il valore medio y della variabile stocastica y = ln m calcolato con la relazione y = 1 n ∑ ln mi dove mi è l’i-esimo valore ottenuto dalla n i =1 prova, ed n è la numerosità delle prove; - La deviazione standard S y per la variabile stocastica y = ln m calcolata con la relazione S y = ( 1 n ∑ ln mi − y n − 1 i =1 ) 2 ; - Il valore caratteristico mk con un frattile del 5 % calcolato con la relazione mk = exp(y − k s S y ) dove k s è fornito nella Tab. 3.7. Per far capire l’andamento grafico delle prove si riportano anche per ogni diametro della vite 2 diagrammi carico-spostamento rappresentativi delle prove con infissione 10d, uno in direzione parallela ed uno in direzione ortogonale. Tabella 3.11 Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 6 mm). DENOMINAZIONE Fmax CAMPIONE [KN] T 06 ORT 60 - 1 2,53 T 06 ORT 60 - 2 2,69 T 06 ORT 60 - 3 2,47 T 06 PAR 60 - 1 2,26 T 06 PAR 60 - 2 2,30 T 06 PAR 60 - 3 2,30 T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [s] 627,60 589,40 593,00 689,40 523,60 527,80 [mm] 20,53 17,76 15,81 15,76 22,74 19,36 [KN] _ y Valore Deviazione Caratteristico Standard [KN] 2,56 0,94 0,04 2,23 2,29 0,83 0,01 2,22 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 98 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Figura 3.23 Prova T 06 ORT 60 – 1. 3,000 2,500 Forza [KN] 2,000 1,500 1,000 F 10d X 0,500 Y 0,000 0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000 Spostamento [mm] Figura 3.24 Prova T 06 PAR 60 – 2. 2,500 2,000 Forza [KN] 1,500 1,000 F 10d X 0,500 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 99 Capitolo 3 Tabella 3.12 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 8 mm). DENOMINAZIONE Fmax CAMPIONE [KN] T 08 ORT 80 - 1 4,30 T 08 ORT 80 - 2 4,49 T 08 ORT 80 - 3 3,90 T 08 PAR 80 - 1 3,18 T 08 PAR 80 - 2 3,35 T 08 PAR 80 - 3 3,35 Figura 3.25 T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [s] 571,87 698,80 535,40 458,40 477,00 533,00 [mm] 27,46 30,54 23,18 23,84 27,09 20,25 [KN] _ y Valore Deviazione Caratteristico Standard [KN] 4,23 1,44 0,07 3,37 3,29 1,19 0,03 3,00 Prova T 08 ORT 80 – 1. 5,000 4,500 4,000 3,500 Forza [KN] 3,000 2,500 2,000 F 1,500 10d X 1,000 0,500 0,000 0,000 Y 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 Spostamento [mm] Figura 3.26 Prova T 08 PAR 80 – 3. 4,000 3,500 3,000 Forza [KN] 2,500 2,000 1,500 F 1,000 10d X 0,500 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 100 Capitolo 3 Tabella 3.13 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 10 mm). DENOMINAZIONE Fmax CAMPIONE [KN] T 10 ORT 100 - 1 5,93 T 10 ORT 100 - 2 6,21 T 10 ORT 100 - 3 6,31 T 10 PAR 100 - 1 4,95 T 10 PAR 100 - 2 5,31 T 10 PAR 100 - 3 5,97 Figura 3.27 T(Fmax) S(Fmax) Fmedio [s] 472,20 485,80 541,40 515,33 358,98 373,41 [mm] 20,02 23,54 26,11 20,51 10,64 9,66 _ y [KN] Valore Deviazione Caratteristico Standard [KN] 6,15 1,82 0,03 5,54 5,41 1,69 0,09 4,00 Prova T 10 ORT 100 – 1. 7,000 6,000 Forza [KN] 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1,000 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 Spostamento [mm] Figura 3.28 Prova T 10 PAR 100 – 1. 6,000 5,000 Forza [KN] 4,000 3,000 2,000 F 10d X 1,000 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 101 Capitolo 3 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Per poter esaminare ogni singolo diagramma delle prove a taglio effettuate nella sperimentazione si rimanda all’Appendice B della presente tesi. I diversi modi di rottura che possono essere registrati nelle connessioni sollecitate perpendicolarmente al proprio asse, come già riportato nel par. 2.2.2., sono funzione della resistenza al rifollamento del legno e del momento di snervamento dell’acciaio della vite, nonché del diametro della stessa e degli spessori t1 e t2 (definiti nella Fig. 2.11). Nella presente sperimentazione si è registrato principalmente un solo modo di rottura, il modo IIb (Tab. 2.1), caratterizzato dalla formazione di una cerniera plastica. Si riporta a titolo di esempio un immagine di una vite sperimentata deformata in tal modo (Fig. 3.29). Figura 3.29 Vite utilizzata nella prova a taglio T 06 PAR 60 - 2. In alcuni casi si è registrato il modo di rottura III (Tab. 2.1) caratterizzato dalla formazione di due cerniere plastiche. Si riporta a titolo di esempio un immagine di una vite sperimentata, deformata in tal modo (Fig. 3.30), si possono notare le deformazioni della vite in corrispondenza delle due cerniere plastiche contrassegnate dai cerchi blu. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 102 Capitolo 3 Figura 3.30 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Vite utilizzata nella prova a taglio T 08 PAR 80 - 2. Solo in un caso si è registrato il modo di rottura Ic (Tab. 2.1) caratterizzato dalla rotazione rigida della vite con rifollamento del legno in entrambi gli elementi (Fig. 3.31), si può notare che la vite non si è deformata. Figura 3.31 Vite utilizzata nella prova a taglio T 10 PAR 100 - 3. Per quanto riguarda il legno in tutti i casi si è registrato il fenomeno del rifollamento e a tal riguardo si mostra la Fig. 3.32 che fa ben vedere lo schiacciamento delle fibre del legno. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 103 Capitolo 3 Figura 3.32 Prove di caratterizzazione della vite TECFI TT02 Rifollamento del legno. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 104 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI SPERIMENTALI 4.1. INTRODUZIONE In questo capitolo si analizzano i risultati delle prove della presente sperimentazione. Attraverso dei confronti, effettuati tenendo conto delle diverse variabili che entrano in gioco nella determinazione delle resistenze, si è cercato di valutare la corrispondenza dei dati sperimentali con quelli riconosciuti dalle esperienze riportate in letteratura. 4.2. PROVE DI ESTRAZIONE Nella presente sperimentazione, come già riferito nel par. 3.3.2, sono state effettuate 60 prove di estrazione della vite TECFI TT02 in base ad una fissata matrice delle prove (par. 3.4.). Dopo aver riportato (par. 3.5.4) i risultati delle prove eseguite nonché i grafici, presi come campione, delle singole prove è possibile ora effettuare dei confronti. In questo paragrafo si illustreranno due diagrammi costituiti ognuno dalle 5 prove effettuate appartenenti ad una tipologia. La prima tipologia di prova ad essere illustrata sarà quella con ∅ 6 mm, profondità di infissione 48 mm e direzione dell’asse del connettore ortogonale alle fibre (Fig. 4.1). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 105 Capitolo 4 Figura 4.1 Discussione dei risultati sperimentali Prove di estrazione E 06 ORT 48. 7,000 6,000 5,000 4,000 Forza [KN] E 06 ORT 48 - 1 E 06 ORT 48 - 2 E 06 ORT 48 - 3 E 06 ORT 48 - 4 E 06 ORT 48 - 5 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 Spostamento [mm] 4,000 5,000 6,000 La prima cosa che si può evidenziare è che sono presenti delle discontinuità nell’andamento del grafico. Questo si ha perché la strumentazione utilizzata prevede l’utilizzo di una pompa idraulica con applicazione della forza a mano il che, come si può intuire, comporta l’inconveniente di dover ricaricare la pompa una volta giunti a fine corsa. Quest’operazione anche se fatta velocemente (generalmente dura 1÷2 secondi) da luogo ad uno scarico ed un ricarico che sul diagramma si traducono in una cuspide con punta rivolta verso il basso. Un altro aspetto evidente è la differenza di valore massimo raggiunto nelle diverse prove. Questo dipende in massima parte dalle caratteristiche del legno in generale, tra le quali l’anisotropia del legno e la presenza di difetti. In particolare per quanto riguarda i difetti del legno basti pensare alla presenza di nodi che costituiscono elementi essenziali della crescita del legno. Nella realizzazione di elementi in legno lamellare nonostante Dipartimento di Ingegneria STrutturale 106 Capitolo 4 la Discussione dei risultati sperimentali conformazione in tavole incollate (che vengono scelte opportunamente) sono comunque presenti nodi che possono variare la resistenza del legno, e frequentemente si può verificare il caso in cui visivamente (dall’esterno) non si registri la presenza di nodi mentre siano in realtà presenti nelle tavole interne. Questo è possibile notarlo ad esempio dalla Fig. 4.2. Figura 4.2 Presenza di nodo interno all’elemento in legno lamellare. Si riporta ora il diagramma della tipologia di prove con ∅ 6 mm, profondità di infissione 48 mm e direzione dell’asse del connettore parallela alle fibre (Fig. 4.3). Figura 4.3 Prove di estrazione E 06 PAR 48. 5,000 d = 6 mm 4,500 48 mm 4,000 3,500 Forza [KN] 3,000 2,500 E 06 PAR 48 - 1 E 06 PAR 48 - 2 E 06 PAR 48 - 3 2,000 E 06 PAR 48 - 4 E 06 PAR 48 - 5 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 2,500 3,000 3,500 107 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali In questo caso si può notare un andamento simile per 4 prove su 5 solo una prova ha registrato deformazioni minori a parità di forza nella fase di scarico. 4.2.1. Confronti sull’influenza della direzione dell’asse della vite rispetto alla fibratura. Dal confronto tra le Figure 4.1 e 4.3 si può notare subito una differenza dell’andamento del grafico oltre alle differenze di valore massimo raggiunto. Per questo si riportano due tipologie di prove (quindi 10 curve in tutto) in un unico grafico avendo preso in considerazione lo stesso diametro ∅ 6 mm, la stessa profondità di infissione ma diversa direzione dell’asse del connettore rispetto alla fibratura (Fig. 4.4). Figura 4.4 Prove di estrazione E 06 48. 7,000 6,000 E 06 ORT 48 - 1 E 06 ORT 48 - 2 E 06 ORT 48 - 3 E 06 ORT 48 - 4 E 06 ORT 48 - 5 E 06 PAR 48 - 1 E 06 PAR 48 - 2 E 06 PAR 48 - 3 E 06 PAR 48 - 4 E 06 PAR 48 - 5 Forza [KN] 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 108 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali Dall’analisi visiva del grafico il primo aspetto che viene esaltato è la differenza tra la media dei massimi valori di resistenza che si registrano nelle prove di estrazione in direzione ortogonale alle fibre e la media dei massimi valori registrati nelle prove in direzione parallela alle fibre. Per spiegare questo si provi a immaginare il momento dell’infissione della vite nel legno, quasi a livello microscopico. Se l’infissione avviene in direzione parallela alle fibre, quelle che vengono attraversate dalla vite subiscono ripetuti tagli netti in direzione ortogonale alla loro estensione e questo è dovuto alle alette della filettatura che penetrano nel legno. Nel caso, invece, in cui l’infissione avviene in direzione ortogonale alle fibre, quelle presenti nella zona d’infissione non vengono tagliate di netto ma le alette della filettatura si vanno a disporre nei piani interstiziali esistenti tra le fibre. Di conseguenza nel momento dell’estrazione le prove in direzione parallela danno come risultato valori minori rappresentati dalla resistenza di quelle poche fibre che non vengono tagliate, mentre nel caso di prova ortogonale la resistenza è offerta dalle forze di legame tra le fibre. L’altro aspetto molto importante è dato dal diverso andamento che si registra nel grafico in funzione della direzione. Si ha, infatti, per le curve delle prove parallele il raggiungimento del valore massimo di resistenza seguito da un improvviso calo delle resistenze corrispondenti all’estrazione della vite con l’asportazione di un cilindretto di legno nella parte filettata. Per le curve delle prove in direzione ortogonali invece il valore massimo di resistenza si raggiunge e si mantiene per un intervallo maggiore di deformazioni dopo di che inizia il tratto discendente. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 109 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali 4.2.2. Confronti sull’influenza dei diametri. Al fine di mostrare la proporzionalità diretta tra i diametri delle viti e il valore della resistenza all’estrazione si riporta qui il diagramma in cui sono visibili le curve delle prove realizzate con asse del connettore in direzione parallela, con la stessa profondità di infissione 8d, e con i tre diametri delle viti ∅ 6 mm, ∅ 8 mm e ∅ 10 mm (Fig. 4.5). Figura 4.5 Prove di estrazione E PAR 8d. 16,000 14,000 12,000 Forza [KN] 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] 3,500 4,000 4,500 5,000 Come era lecito aspettarsi l’incremento di resistenza è proporzionale al diametro della vite, infatti, come si è potuto notare anche dai valori delle Tabelle 3.8, 3.9 e 3.10 i valori maggiori di resistenza vengono forniti dalle prove con viti di diametro 10 mm, seguite poi da quelle con diametro 8 mm e, infine, quelle con diametro 6 mm. Questo si può spiegare dal fatto che man mano che aumenta il diametro della vite aumenta anche la differenza tra diametro esterno della filettatura e diametro del nucleo interno, ossia aumenta la superficie di contatto tra la vite ed il legno aumentando così la resistenza all’estrazione. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 110 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali 4.2.3. Confronti sull’influenza della profondità di infissione. Anche per quanto riguarda la profondità d’infissione è possibile effettuare dei confronti, e questo viene riportato nella Figura 4.6. Figura 4.6 Prove di estrazione E 06 ORT. 18 d = 6 mm 16 14 8d e 20 d Forza [KN] 12 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Spostamento [mm] Come era lecito attendersi la resistenza all’estrazione è direttamente proporzionale alla profondità di infissione ovvero aumenta all’aumentare della profondità di infissione. Questo si ha perché, aumenta la zona di legno interessata dalla filettatura a discapito della parte in cui si ha il gambo liscio. 4.3. PROVE A TAGLIO In questo paragrafo si analizzeranno i risultati delle prove a taglio della presente sperimentazione che, come già riferito nella Tab. 3.6, sono costituite da 3 prove per ogni tipologia (18 prove). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 111 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali Un primo commento potrebbe essere fatto sull’andamento dei diagrammi, questi infatti, riportano un primo tratto crescente con rigidezza pressoché costante, dopodiché si ha una diminuzione dell’inclinazione del diagramma con continua crescita della resistenza fino al raggiungimento del valore massimo seguito da un tratto discendente. Questo andamento è del tutto analogo a quello riportato in Fig. 4.7 con il tratto blu. Il diagramma riportato in tale figura riproduce con la curva di colore rosso la curva di resistenza a taglio che si ha se la rottura è governata dal solo rifollamento del legno, mentre con la curva blu riproduce il caso in cui la rottura è determinata anche dalla plasticizzazione della vite. La linea tratteggiata, invece, rappresenta il valore di resistenza della connessione predetto attraverso l’utilizzo dell’European Yield Model (par. 2.2.2 Teoria di Johansen). Figura 4.7 Comportamento a taglio di una connessione con elementi a gambo cilindrico (Ballerini M., I corsi Promo_legno). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 112 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali Per quanto riguarda la dispersione dei risultati ottenuti nelle prove a taglio si riportano, come esempio, alcuni diagrammi significativi (Fig. 4.8, 4.9 e 4.10). Figura 4.8 Prova a taglio T 06 ORT 60. 3,000 2,500 Forza [KN] 2,000 1,500 1,000 F 1a prova 2a prova 10d 3a prova X 0,500 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Spostamento [mm] Figura 4.9 Prova a taglio T 08 ORT 80. 5,000 4,500 4,000 3,500 Forza [KN] 3,000 2,500 2,000 F 1,500 10d X 1,000 1a prova 2a prova 0,500 0,000 0,000 3a prova Y 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 113 Capitolo 4 Figura 4.10 Discussione dei risultati sperimentali Prova a taglio T 10 ORT 100. 7,000 6,000 Forza [KN] 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1a prova 1,000 2a prova 3a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 Spostamento [mm] Come si può notare dai tre grafici sopra riportati ed anche dai valori delle deviazioni standard calcolati nelle tabelle 3.11, 3.12 e 3.13, nel caso delle prove a taglio la dispersione registrata è stata di gran lunga inferiore rispetto a quella avuta con le prove di estrazione e questo ha permesso la diminuzione della numerosità delle prove (da 5 si è passati a 3). 4.3.1. Confronti sull’influenza della direzione di applicazione del carico rispetto alla fibratura. Anche nel caso delle prove a taglio è importante analizzare l’influenza della direzione di applicazione del carico rispetto alla direzione della fibratura. Per questo si riporta il grafico di Fig. 4.11 relativo alle prove realizzate con viti di diametro 6 mm e spessore t2 = 60 mm in entrambe le direzioni. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 114 Capitolo 4 Figura 4.11 Discussione dei risultati sperimentali Prove a taglio T 06 60. 3,000 2,500 Forza [KN] 2,000 1,500 1,000 ORT 1 ORT 2 ORT 3 PAR 1 0,500 PAR 2 PAR 3 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 Spostamento [mm] 20,000 25,000 In questo caso, come in precedenza, i valori di resistenza a taglio ottenuti con le prove effettuate in direzione ortogonale alle fibre sono maggiori di quelli ottenuti in direzione parallela. 4.3.2. Confronti sull’influenza dei diametri. Nelle prove a taglio, così come nelle prove di estrazione, la resistenza è direttamente proporzionale al diametro delle viti e per notare ciò si riportano le Fig. 4.12 e 4.13 riguardanti rispettivamente le prove a taglio con applicazione del carico in direzione ortogonale e quelle in direzione parallela. In entrambi i casi ovviamente sono state riportate le curve delle prove dei tre differenti diametri ∅ 6 mm, ∅ 8 mm e ∅10 mm ed aventi spessore t2 = 10d. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 115 Capitolo 4 Figura 4.12 Discussione dei risultati sperimentali Prove a taglio T ORT 10d. 7,000 6,000 Forza [KN] 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1,000 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 Spostamento [mm] Figura 4.13 Prove a taglio T PAR 10d. 7,000 6,000 5,000 Forza [KN] 4,000 3,000 2,000 F 10d 1,000 X Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 116 Capitolo 4 Discussione dei risultati sperimentali Come si può notare dai diagrammi al crescere dei diametri aumenta anche il valore massimo di resistenza. In questo caso però, a differenza delle prove di estrazione, si può notare che il valore del contributo di resistenza dato dal legno è pressoché lo stesso (vedasi il primo tratto del diagramma) quello che fa variare e di molto il valore di resistenza massimo è dato dal contributo di resistenza a taglio offerto dalla vite che ovviamente aumenta al crescere del diametro perché il momento di snervamento è direttamente proporzionale ad esso. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 117 Capitolo 5 Conclusioni CAPITOLO 5 CONCLUSIONI L’utilizzo del legno lamellare in edilizia sta sempre più diffondendosi grazie alla consapevolezza delle grandi potenzialità di questa materia prima ecologica per eccellenza. Questo non è da considerarsi un passo indietro dello sviluppo edilizio, ma rappresenta quello che le nuove tecnologie cercano sempre più di raggiungere e cioè il rispetto delle politiche ambientali e del risparmio energetico. Nonostante ciò sembri un eufemismo, nei paesi scandinavi e in molti altri paesi questa è diventata la “regola”: tagliare alberi per produrre il legno e reimpiantarne nuovi contemporaneamente in modo da garantire un ricambio generazionale. Inoltre, l’emissione di CO2 nell’atmosfera si riduce moltissimo, a parità di m3 prodotti tra il legno e il cemento. Per quanto riguarda il risparmio energetico, invece, si tratta di un risparmio indotto, nel senso che, la minor produzione di cemento sopperita utilizzando il legno, causa un minor consumo di energia elettrica usata per la produzione del cemento. Qualsiasi struttura intelaiata, così come lo sono anche quelle in legno lamellare, presenta delle aste che si incontrano in nodi e un aspetto che deve essere molto curato è proprio lo studio attento degli elementi che costituiscono il nodo ed il suo comportamento. Il presente lavoro di tesi si è articolato in due parti: una prima parte in cui si è descritto lo stato dell’arte delle unioni tra elementi lignei con particolare riferimento alle connessioni metalliche a gambo cilindrico; la seconda parte, invece, è stata elaborata con riguardo alle prove sperimentali effettuate nel laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria STrutturale 118 Capitolo 5 Conclusioni Strutturale (DIST) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, in merito alla caratterizzazione del connettore metallico a gambo cilindrico, vite TECFI TT02 (par. 3.3.2). Un primo aspetto importante nella realizzazione del presente lavoro è stata l’individuazione dello status normativo riguardante le connessioni metalliche a gambo cilindrico (par. 1.5), in quanto in questi anni si è manifestata una forte esigenza da parte di vari enti, privati e non, circa la formulazione di norme precise e dettagliate in tal campo. Queste esigenze sono in parte state esaurite anche se in alcuni settori vige ancora una situazione di coesistenza, o di rimando, a leggi di altri paesi e/o comunitarie. Per quanto riguarda lo stato dell’arte dei connettori a gambo cilindrico, (cap. 2), c’è da dire che nel campo teorico ben poco si sa nei confronti di sollecitazioni di tipo assiale sui connettori a gambo cilindrico. Pochi studi sono stati effettuati in merito ed infatti non esiste, a livello internazionale, un modello teorico riconosciuto e applicato come, invece, accade nel caso delle sollecitazioni taglianti per le quali è di dominio internazionale l’European Yield Model (EYM), anche nota come “Teoria di Johansen” dal nome dello studioso che, ormai nel lontano 1949, la elaborò. Nei confronti delle sollecitazioni assiali sul gambo del connettore, quindi, il riferimento teorico utilizzato nel presente lavoro di tesi è stato il documento CNR – DT 206/2006 che ha recepito alcune indicazioni fornite nel documento N.I.CO.LE., oltre ad essere in accordo in via generale con, l’ormai definitivo, Eurocodice 5. Lo studio sperimentale è stato effettuato prendendo come riferimento la normativa UNI EN 1382:2002 – Strutture di legno – Metodi di prova – Dipartimento di Ingegneria STrutturale 119 Capitolo 5 Conclusioni Resistenza all’estrazione di elementi meccanici di collegamento per legno. I risultati delle prove di estrazione (par. 3.5.4), hanno mostrato un comportamento piuttosto fragile, così come noto dalle esperienze citate in letteratura, delle connessioni metalliche a gambo cilindrico realizzate con viti. Le prove, effettuate in due direzioni rispetto alla fibratura del legno, hanno evidenziato la formazione di due tipologie di rotture: una in cui le fibre superficiali del legno si sono spezzate (Fig. 3.16) e questo è avvenuto nelle prove in cui l’applicazione della forza di estrazione era in direzione ortogonale alla direzione della fibratura; l’altra in cui si è avuta la formazione di un truciolo di legno che si è sfilato solidalmente alla parte filettata della vite (Fig. 3.17) e questo è avvenuto nelle prove in cui l’applicazione della forza di estrazione era in direzione parallela alla direzione della fibratura. I diagrammi delle prove di estrazione effettuate in direzione parallela alla fibratura hanno mostrato la corrispondenza con le indicazioni fornite dalle diverse normative secondo le quali: le connessioni effettuate con connettori a gambo cilindrico in direzione parallela alle fibre (indipendentemente dal tipo di connettore utilizzato) non possono ritenersi in grado di trasmettere alcuna forza. Questo è vero non tanto per i bassi valori di resistenze dimostrati nelle prove quanto più per il loro comportamento del tutto fragile evidenziato nei diagrammi. I diagrammi delle prove di estrazione effettuate in direzione ortogonale alla fibratura hanno fornito valori di una certa entità considerando che si tratta di diametri piuttosto piccoli (∅ 6 mm, ∅ 8 mm, ∅ 10 mm) e che il legno lamellare utilizzato per le prove è quello classificato con la sigla Dipartimento di Ingegneria STrutturale 120 Capitolo 5 Conclusioni GL24h, secondo la normativa UNI EN 1194:2000, che rappresenta la tipologia di legno lamellare con i più bassi valori di resistenza e di massa volumica che può essere messo in commercio. Nei confronti di sollecitazioni taglianti molti sono stati gli studi effettuati a partire dai primi anni del XX secolo in cui alle unioni di carpenteria si andavano sempre più sostituendo le unioni meccaniche grazie alla spinta del progresso ricevuta con la rivoluzione industriale. La maggior parte degli studi sviluppati negli ultimi anni, non sono stati rivoluzionari, bensì di validazione e integrazione della teoria sviluppata nel 1949 da Johansen (par. 2.2.2.). I risultati delle prove a taglio effettuate (par. 3.6.3), hanno mostrato una corrispondenza con il comportamento duttile previsto dalle esperienze citate in letteratura (Fig. 4.7). Le connessioni hanno evidenziato un comportamento molto duttile dovuto proprio all’effetto fune (par. 2.2.2.5), che può svilupparsi in pieno proprio con le viti, data la loro costituzione. Sono state effettuate inizialmente delle prove nel rispetto della minima profondità d’infissione della punta della vite prevista dal documento CNR – DT 206/2006 che è di 6d per viti di diametro 6 mm, dato che si rimanda alle indicazioni previste per i chiodi (par. 2.2.3), ma queste prove hanno dato risultati poco incoraggianti dato che oltre alla rottura per rifollamento del legno seguita, all’aumentare del carico, dalla formazione di una cerniera plastica nella vite, si aveva anche un rotazione del provino in cui era infissa la parte liscia del gambo con estrazione della parte filettata della vite e quindi si registravano bassissimi valori di resistenza. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 121 Capitolo 5 Conclusioni Per evitare l’insorgere di questi problemi si è proceduto con prove a profondità d’infissione pari a 10d e queste hanno fornito valori piuttosto buoni dal punto di vista della massima resistenza, oltre che dal punto di vista della duttilità. E’ proprio quest’ultimo aspetto che va evidenziato molto nella diffusione delle viti da legno insieme ad un altro aspetto fondamentale che è quello della rapidità della posa in opera di tali connettori, dato che quest’ultima avviene a “secco”, ovvero l’infissione avviene tramite trapani avvitatori, essendo la vite autofilettante, e non è richiesto l’utilizzo di collanti come accade per i sistemi a duttilità diffusa ottenuti con barre incollate. Un altro aspetto che è stato trattato nella presente tesi è stato l’utilizzo delle viti come connettori utilizzati per il sistema di connessioni che prevede l’uso di lamiere chiodate tridimensionali (Appendice C). Questo argomento è stato esposto con particolare riguardo all’ETAG 015 “Guideline for European Technical Approval of three-dimensional nailing plates” (Linee guida per l’Approvazione Tecnica Europea, ETA, delle lamiere chiodate tridimensionali). E’ stata fornita una traduzione per grandi linee dell’ETAG 015 al fine di raggiungere un buon livello di conoscenze riguardanti il conseguimento della marcatura CE per le lamiere chiodate tridimensionali. Lo sviluppo futuro di questo studio potrebbe riguardare un programma di prove sperimentali più ampio sulle connessioni metalliche a gambo cilindrico effettuando ad esempio confronti in relazione all’angolo d’infissione delle viti, alle diverse profondità d’infissione ed alle connessioni realizzate con un gruppo di viti. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 122 BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA LIBRI, REPORT, ATTI DI CONVEGNO AA. VV. (1999), Tecnologie avanzate nell’impiego strutturale del legno, Atti del IX Convegno LIGNOMEC Bolzano, CNR-ITL, S.Michele all’Adige (Trento). Aune Petter, Patton-Mallory Marcia (1986), Lateral load-bearing capacity of nailed joints based on the Yield Theory, US Forest Service, USA. 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(1999), Tecnica delle costruzioni in legno, Ulrico Hoepli Editore, Milano. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 123 BIBLIOGRAFIA Johansen K.W. (1949), Theory of timber connections, International Associations of Bridge and Structural Engineering, Bern. Jorissen A. (1999), Double shear timber connections with dowel type fasteners, Heron. Laner F. (1989), Il legno lamellare: il progetto, Habitat legno S.p.A., Edolo (Brescia). Piazza Maurizio (2003), Applicazioni e osservazioni sulla nuova Normativa Italiana per le Costruzioni in Legno (NICoLe), Forum di Bressanone. Piazza Maurizio, Tomasi Roberto (2004), Lezione H1: I sistemi di connessione e le connessioni di carpenteria, I corsi Promo_Legno. Piazza Maurizio, Tomasi Roberto, Modena Roberto (2006), Strutture in legno. Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, HOEPLI, Milano. Racher P. (1995), Mechanical timber joints – General, Lectur C1, Timber Engineering step 1, STEP/EUROFORTECH, Centrum Hout, Almere. 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Documento guida D, Direttiva sui prodotti da costruzione 89/106/CEE–CPD. Documento guida K, Direttiva sui prodotti da costruzione 89/106/CEE–CPD. ETAG 015 del settembre 2002, Guideline for European Technical Approval of Three - dimensional nailing plates. N.I.CO.LE, Norme tecniche Italiane per la progettazione, esecuzione e collaudo delle COstruzioni in LEgno. O.P.C.M. 3274 del 20/03/2003, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni. O.P.C.M. 3431 del 03/05/2005, Ulteriori modifiche ed integrazioni all’ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20/03/2003. prEN 14545, Strutture di legno - Connettori per legno - Requisiti (M/112) Regles C.B. 71 , Regles de calcul, conception carpente bois SIA 164, 1981, Constructions en bois SIA 265, 2003, Costruzioni di legno UNI EN 338:2004, Legno strutturale - Classi di resistenza. UNI EN 383:2007, Strutture di legno - Metodi di prova - Determinazione della resistenza al rifollamento e dei moduli locali di rigidezza per elementi di collegamento di forma cilindrica. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 125 BIBLIOGRAFIA UNI EN 386:1997, Legno lamellare incollato. Requisiti prestazionali e requisiti minimi di produzione. UNI EN 409:1994, Strutture di legno. Metodi di prova. Determinazione del momento di snervamento degli elementi meccanici di collegamento di forma cilindrica. Chiodi. UNI EN 622-2:2005, Pannelli di fibra di legno - Specifiche - Parte 2: Requisiti per pannelli duri. UNI EN 912:2002, Elementi meccanici di collegamento per legno – Specifiche dei connettori per legno. UNI EN 1194:2000, Strutture di legno - Legno lamellare incollato - Classi di resistenza e determinazione dei valori caratteristici. UNI EN 1382:2002, Strutture di legno - Metodi di prova - Resistenza all'estrazione di elementi meccanici di collegamento per legno. UNI EN 1383:2002, Strutture di legno - Metodi di prova - Resistenza all'attraversamento della testa di elementi meccanici di collegamento per legno. UNI EN 1995-1-1:2005, Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - Parte 1-1: Regole generali - Regole comuni e regole per gli edifici. UNI EN 1998-1-1, Eurocodice 8. Indicazioni progettuali per la resistenza sismica delle strutture. Parte 1-1: Regole generali - Azioni sismiche e requisiti generali per le strutture. UNI EN 14080:2005, Strutture di legno - Legno lamellare incollato – Requisiti. UNI EN 14358:2007, Strutture di legno - Calcolo dei valori caratteristici 5percentile e criteri di accettazione per un campione. UNI EN 14592, Strutture di legno – Connettori - Requisiti Dipartimento di Ingegneria STrutturale 126 BIBLIOGRAFIA UNI EN 26891:1991, Strutture di legno. Assemblaggi realizzati tramite elementi meccanici di collegamento. Principi generali per la determinazione delle caratteristiche di resistenza e deformabilità. UNI EN 28970:1991, Strutture di legno. Prova degli assemblaggi realizzati tramite elementi meccanici di collegamento. Prescrizioni relative alla massa volumica del legno. SITI INTERNET www2.din.de Ente normatore tedesco. www.bsi-global.com Ente normatore britannico. www.cenorm.be Ente normatore europeo. www.eota.org Organizzazione Europea per l’Approvazione Tecnica. www.federlegno.it Associazione Federlegno Arredo. www.fpl.fs.fed.us Laboratorio federale per i prodotti forestali (USA). www.holzbau.com Azienda produttrice di legno lamellare. www.holzweb.net Lista di link per il legno. www.infoholz.de Centro di informazione sul legno. www.iso.org Ente normatore mondiale. www.ivalsa.cnr.it Istituto per la Valorizzazione delle Specie Arboree. www.legnolamellare.net Sito d’informazione sul lamellare. www.promolegno.com Iniziativa per la promozione del legno. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 127 BIBLIOGRAFIA www.progettosofie.it Sistema Costruttivo Fiemme, studio di ricerca sulle costruzioni in legno antisismiche. www.sia.ch Ente normatore svizzero. www.tecfi.it Azienda produttrice di sistemi di fissaggio. www.uni.com Ente normatore italiano. www.uni-stuttgart.de/ke/ Università di Stoccarda, Dipartimento di ingegneria civile. www.ing.unitn.it/dims/ Università di Trento, Dipartimento di ingegneria Meccanica e Strutturale. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 128 ELENCO DELLE FIGURE ELENCO DELLE FIGURE 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 Tecnologie per la realizzazione di elementi composti di tavole (Laner F., 1989) Essiccazione naturale delle tavole (www.holzbau.com) Essiccazione artificiale delle tavole (www.holzbau.com) Fresatura degli innesti (www.holzbau.com). Giunto a dita. Ambiente a temperatura e umidità controllate (www.holzbau.com). Incollatrice a tendina (www.holzbau.com). Letto di pressaggio (www.holzbau.com). Nodi di carpenteria (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Nodi di carpenteria, possibilità applicative nelle capriate classiche (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Possibili geometrie del nodo di carpenteria (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Unioni meccaniche di tipo moderno (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Chiodi a gambo liscio o con rilievi anulari o ad elica (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Perni e bulloni (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Perni speciali (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Viti tradizionali a testa esagonale (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Viti autofilettanti a testa svasata (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Modalità di posa di anelli e caviglie (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Piastre dentate (dn = 50 ÷ 160 mm) (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Anelli e caviglie (de = 50 ÷ 160 mm) (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Sollecitazione perpendicolare all’asse del connettore (Bernasconi A., “Introduzione all’uso pratico della nuova norma SIA 265 per le strutture di legno, 2005). Sollecitazione parallela all’asse del connettore (Bernasconi A., “Introduzione all’uso pratico della nuova norma SIA 265 per le strutture di legno, 2005). Collasso della connessione (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Setup di prova per la determinazione della resistenza al rifollamento del legno (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Setup di prova per la determinazione del momento di snervamento del connettore (Ballerini M., I corsi promo_legno, 2004). Calcolo della resistenza per unioni con più di due piani di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Effetto fune (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Modalità di rottura fragili (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Diagrammi schematici di comportamento forza-scorrimento (parallelo alla fibratura) per differenti collegamenti: a) collegamento incollato (12500 mm2); b) anello (d= 100 mm); c) piastra dentata (d= 62 mm); d) perno (d= 14 mm); e) bullone (d= 14 mm); f) piastra stampata (100x100 mm); g) chiodo (d= 4.4 mm) (grafico rielaborato da Blass H.J., 1995) (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Influenza della snellezza del connettore sul comportamento (forza-scorrimento) della connessione e quindi della sua duttilità (Giordano G., “Tecnica delle costruzioni in legno”, 1999). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 129 ELENCO DELLE FIGURE 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 3.1 Definizione degli spessore t1 e t2 (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Possibilità di sovrapposizione per chiodi infissi senza preforatura (Istruzione CNRDT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Disposizione sfalsata di chiodi (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Spaziature e distanze minime (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.3.1.2). Dimensioni della cambretta (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Definizione della spaziatura per le cambrette (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Disposizione della chiodatura perpendicolare ed obliqua (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.2). 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 Marcatura CE ed informazioni di corredo (Documento Guida D, Servizio Tecnico Centrale). Vite TECFI TT02 (Scheda tecnica della vite, Allegato 4). Provini per prova di estrazione – carico perpendicolare alla fibratura (UNI EN 1382:2002 par. 6.4.1). Provini per prova di estrazione – carico parallelo alla fibratura (UNI EN 1382:2002 par. 6.4.2). Dimensioni del provino utilizzato per le prove di estrazione. Elementi componenti il setup di prova. A) Schema finale del setup di prova; B) foto della strumentazione di prova. Andamento temporale dell’applicazione del carico. Prova E 06 ORT 48 - 4. Prova E 06 PAR 48 - 4. Prova E 08 ORT 64 - 4. Prova E 08 PAR 64 - 3. Prova E 10 ORT 80 - 1. Prova E 10 PAR 80 - 3. Segni di deformazione anelastica a trazione delle viti sperimentate. Rottura superficiale del legno durante l’estrazione della vite. Formazione di un truciolo di legno durante l’estrazione. Fori nel legno lasciati dall’estrazione di viti. Particolare dei segni lasciati dalla parta filettata della vite durante l’infissione. Elementi componenti il setup di prova. A) Schema finale del setup di prova; B) foto della strumentazione di prova. Andamento temporale dell’applicazione del carico. Prova T 06 ORT 60 – 1. Prova T 06 PAR 60 – 2. Prova T 08 ORT 80 – 1. Prova T 08 PAR 80 – 3. Prova T 10 ORT 100 – 1. Prova T 10 PAR 100 – 1. Vite utilizzata nella prova a taglio T 06 PAR 60 - 2. Vite utilizzata nella prova a taglio T 08 PAR 80 - 2. Vite utilizzata nella prova a taglio T 10 PAR 100 - 3. Rifollamento del legno. 4.1 Prove di estrazione E 06 ORT 48. 3.2 3.3 3.4 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 130 ELENCO DELLE FIGURE 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 Presenza di nodo interno all’elemento in legno lamellare. Prove di estrazione E 06 PAR 48. Prove di estrazione E 06 48. Prove di estrazione E PAR 8d. Prove di estrazione E 06 ORT. Comportamento a taglio di una connessione con elementi a gambo cilindrico (Ballerini M., I corsi Promo_legno). Prova a taglio T 06 ORT 60. Prova a taglio T 08 ORT 80. Prova a taglio T 10 ORT 100. Prove a taglio T 06 60. Prove a taglio T ORT 10d. Prove a taglio T PAR 10d. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 131 ELENCO DELLE TABELLE ELENCO DELLE TABELLE 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Unioni ad un piano di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Unioni a due piani di taglio (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Unioni ad un piano di taglio, piastre sottili (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Unioni ad un piano di taglio, piastre spesse (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Unioni a due piani di taglio, piastra interna (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Unioni a due piani di taglio, piastre esterne (Piazza M., “Strutture in legno”, 2006). Classificazione dei collegamenti in funzione della loro duttilità statica (Racher P., Mechanical timber joints, 1995). Valori di kef (Istruzione CNR-DT 206/2006, par. B 7.8.3.1.1). Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per chiodi (Istruzioni CNRDT 206/2006 par. B 7.8.3.1.2). Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per cambrette e graffe (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.4). Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per bulloni (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.5.1.1). Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per spinotti (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.6). Interassi e distanze da bordi ed estremità, valori minimi per viti caricate assialmente (Istruzioni CNR-DT 206/2006 par. B 7.8.7.2). Requisiti per diametri di bulloni utilizzati con connettori per legno (Istruzioni CNRDT 206/2006 par. B 7.8.8.3). Procedure per la Marcatura CE dei differenti prodotti (Direttiva 89/106/CEE CPD). Sistemi di attestazione della qualità (Estratto dalla linea guida K, Direttiva 89/106/CEE - CPD). Caratteristiche delle viti utilizzate nella presente sperimentazione. Dimensioni delle rondelle utilizzate nella presente sperimentazione. Matrice delle prove di estrazione. Matrice delle prove a taglio. Valori del fattore k s . Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 6 mm). Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 8 mm). Sintesi risultati delle prove di estrazione (Diametro della vite 10 mm). Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 6 mm). Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 8 mm). Sintesi risultati delle prove a taglio (Diametro della vite 10 mm). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 132 ALLEGATI ALLEGATI ALLEGATO 1 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 133 ALLEGATI ALLEGATO 2a Dipartimento di Ingegneria STrutturale 134 ALLEGATI ALLEGATO 2b Dipartimento di Ingegneria STrutturale 135 ALLEGATI ALLEGATO 3 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 136 ALLEGATI ALLEGATO 4 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 137 APPENDICE A APPENDICE A In quest’appendice sono riportati i singoli grafici di tutte le “Prove ad Estrazione” eseguite nella presente sperimentazione. DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 06 ORT 48 - 1 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 0,800 1,000 1,200 Spostamento [mm] E 6 ORT 48 - 2 6,000 5,000 Forza [KN 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 138 APPENDICE A E 06 ORT 48 - 3 6,000 5,000 Forza [KN 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] E 06 ORT 48 - 5 6,000 5,000 Forza [KN 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 139 APPENDICE A DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 06 ORT 120 - 1 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 2,000 2,500 3,000 Spostamento [KN] E 06 ORT 120 - 2 18,000 16,000 Forza[KN] 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 140 APPENDICE A E 06 ORT 120 - 3 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 Spostamento [mm] E 06 ORT 120 - 4 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 141 APPENDICE A E 06 ORT 120 - 5 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 06 PAR 48 - 1 5,000 4,500 4,000 Forza [KN 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 142 APPENDICE A E 06 PAR 48 - 2 5,000 4,500 4,000 Forza [KN 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 Spostamento [mm] E 06 PAR 48 - 3 4,000 3,500 Forza [KN 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 143 APPENDICE A E 06 PAR 48 - 5 4,000 3,500 Forza [KN 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Spostamento [mm] DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 06 PAR 120 - 1 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 144 APPENDICE A E 06 PAR 120 - 2 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Spostamento [mm] E 06 120 PAR - 3 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 145 APPENDICE A E 06 PAR 120 - 4 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Spostamento [mm] E 06 PAR 120 - 5 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 146 APPENDICE A DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 08 ORT 64 - 1 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] E 08 ORT 64 - 2 10,000 9,000 8,000 Forza [KN 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 147 APPENDICE A E 08 ORT 64 - 3 8,000 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] E 08 ORT 64 - 5 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 148 APPENDICE A DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 08 ORT 160 - 1 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] E 08 ORT 160 - 2 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 149 APPENDICE A E 08 ORT 160 - 3 18,000 16,000 14,000 Forza [kn 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Spostamento [mm] E 08 ORT 160 - 4 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 150 APPENDICE A E 08 ORT 160 - 5 20,000 18,000 16,000 Forza [KN 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 Spostamento [mm] DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 08 PAR 64 - 1 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 151 APPENDICE A E 08 PAR 64 - 2 7,000 6,000 Forza [KN 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] E 08 PAR 64 - 4 9,000 8,000 7,000 Forza [KN 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 152 APPENDICE A E 08 PAR 64 - 5 8,000 7,000 Forza [KN 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 Spostamento [mm] DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 08 PAR 160 - 1 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 153 APPENDICE A E 08 PAR 160 - 2 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] E 08 PAR 160 - 3 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 154 APPENDICE A E 08 PAR 160 - 4 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] E 08 PAR 160 - 5 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 155 APPENDICE A DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 10 ORT 80 - 2 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 Spostamento [mm] E 10 ORT 80 - 3 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 156 APPENDICE A E 10 ORT 80 - 4 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 Spostamento [mm] E 10 ORT 80 - 5 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 157 APPENDICE A DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 10 ORT 200 - 1 25,000 20,000 Forza [KN 15,000 10,000 5,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 Spostamento [mm] 4,000 5,000 8,000 10,000 E 10 ORT 200 - 2 20,000 18,000 16,000 Forza [KN 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 2,000 4,000 6,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 158 APPENDICE A E 10 ORT 200 - 3 25,000 20,000 Forza [KN 15,000 10,000 5,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 Spostamento [mm] E 10 ORT 200 - 4 25,000 20,000 Forza [KN 15,000 10,000 5,000 0,000 0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 10,000 12,000 159 APPENDICE A E 10 ORT 200 - 5 25,000 Forza [KN 20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] 7,000 8,000 9,000 DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 8D E 10 PAR 80 - 1 16,000 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 160 APPENDICE A E 10 PAR 80 - 2 16,000 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] 3,500 4,000 4,500 5,000 E 10 PAR 80 - 4 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 Spostamento [KN] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 4,000 5,000 161 APPENDICE A E 10 PAR 80 - 5 12,000 10,000 Forza [KN 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 Spostamento [mm] 3,000 3,500 4,000 DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 20D E 10 PAR 200 - 1 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 5,000 6,000 162 APPENDICE A E 10 PAR 200 - 2 16,000 14,000 12,000 Forza [KN 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Spostamento [mm] E 10 PAR 200 - 3 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 4,000 5,000 163 APPENDICE A E 10 PAR 200 - 4 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 Spostamento [mm] 2,500 3,000 E 10 PAR 200 - 5 18,000 16,000 14,000 Forza [KN 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 Spostamento [mm] Dipartimento di Ingegneria STrutturale 3,500 4,000 4,500 164 APPENDICE B APPENDICE B In quest’appendice sono riportati i singoli grafici di tutte le “Prove a Taglio” eseguite nella presente sperimentazione. DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 3,000 T 06 ORT 10d 2,500 KN 2,000 1,500 1,000 F 10d 2a prova X 0,500 Y 0,000 0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000 mm 3,000 T 06 ORT 10d 2,500 KN 2,000 1,500 1,000 F 10d 3a prova X 0,500 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 mm Dipartimento di Ingegneria STrutturale 165 APPENDICE B DIAMETRO 6 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 2,500 T 06 PAR 10d 2,000 1,500 1,000 F 10d X 0,500 2a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 2,500 T 06 PAR 10d 2,000 1,500 1,000 F 10d X 0,500 3a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 20,000 25,000 166 APPENDICE B DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 5,000 T 08 10d 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 F 1,500 10d X 1,000 2a prova 0,500 0,000 0,000 Y 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 4,500 T 08 10d 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 F 1,500 10d 1,000 X 3a prova 0,500 0,000 0,000 Y 5,000 10,000 15,000 20,000 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 25,000 30,000 167 APPENDICE B DIAMETRO 8 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 3,500 T 08 PAR 10d 3,000 2,500 2,000 1,500 F 1,000 10d X 0,500 1a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 4,000 T 08 PAR 10d 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 F 1,000 10d X 2a prova 0,500 Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 25,000 30,000 168 APPENDICE B DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE ORTOGONALE - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 7,000 T 10 10d 6,000 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1,000 2a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 7,000 T 10 10d 6,000 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1,000 3a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 25,000 30,000 35,000 169 APPENDICE B DIAMETRO 10 mm - DIREZIONE PARALLELA - PROFONDITA’ DI INFISSIONE 10D 6,000 T 10 PAR 10d 5,000 4,000 3,000 2,000 F 10d X 1,000 2a prova Y 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 7,000 T 10 PAR 10d 6,000 5,000 4,000 3,000 F 2,000 10d X 1,000 3a prova Y 0,000 0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 14,000 16,000 18,000 170 20,000 APPENDICE C APPENDICE C LAMIERE CHIODATE TRIDIMENSIONALI C.1 GENERALITA’ Nella pratica costruttiva, per collegare tra loro elementi strutturali lignei mediante sistemi meccanici, si utilizzano quasi sempre collegamenti che fanno ricorso a un certo numero di elementi metallici singoli e/o a piastre metalliche. La scelta del collegamento dovrebbe essere fatta in funzione delle caratteristiche statiche e cinematiche per cui è progettato, va da se quindi che per un collegamento, come ad esempio, il collegamento di una trave secondaria con la trave principale, oppure il collegamento trave-pilastro, o ancora un collegamento di base con la fondazione, si deve fare in modo da non impedire la rotazione relativa delle sezioni estreme delle aste afferenti al nodo. Si avranno così unioni flessibili o a cerniera del tipo in Figura C.1. Figura C.1 Collegamenti flessibili tra trave secondaria e principale, tra pilastro e trave, tra pilastro e fondazione (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). Dipartimento di Ingegneria STrutturale 171 APPENDICE C Per realizzare questo tipo di collegamenti fra elementi in legno sono molto usate le cosiddette “lamiere chiodate tridimensionali” normalmente realizzate tramite lamierino metallico sagomato a freddo (con spessore da 2 a 4 mm), dotato di fori per l’inserimento di chiodi: nel caso di carichi di valore relativamente elevato, possono essere realizzate tramite piastre metalliche saldate dotate di fori per l’inserimento di chiodi, viti, bulloni o spinotti. Tali collegamenti sono in grado di garantire la trasmissione di sforzi sia in direzione verticale, sia in direzione orizzontale. Per la trasmissione degli sforzi in alcuni casi si sfrutta anche il contatto diretto tra la scarpa metallica e l’elemento ligneo secondario, mentre il trasferimento dell’azione tra la scarpa metallica e la trave principale avviene, quasi sempre, per mezzo di chiodi, viti, spinotti o bulloni. Al fine di comprendere i diversi utilizzi di questo tipo di collegamenti nelle strutture in legno si riporta la Figura C.2 con le rispettive nomenclature. 1) 2) 3) 4) -5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) piastra preforata liscia per collegamenti chiodati; piastra c.s. per collegamenti chiodati e/o bullonati; mini piastra liscia preforata; piastre lisce a fitta preforatura; bande preforate; piastre lisce parallelepipede a fitta preforatura; piastre preforate e con dentellatura per aggancio su NP in acciaio; mini piastre angolari preforate; squadretta nervata; banda angolare preforata; squadrette preforate non nervate per applicazione sotto trave; zanca preforata; squadra preforata per collegamenti laterali; c.s. per triplo collegamento; squadra per il sostegno di asta di coronamento (mantovana); giunzione Gerber; angolari preforati per collegamenti testa-testa; piastra per il collegamento di elementi incrociatisi a livelli diversi; angolare per il collegamento di due elementi orizzontali, ortogonali tra loro, su colonna montante: 21) doppia squadra per il collegamento di asta montante su trave di banchina; 22) squadra doppia per il collegamento di travi ortogonali tra loro; 23) - 24) scarpe per il sostegno di barcarecci o travi secondarie; 25) semi-scarpe per lo stesso impiego di cui sopra. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 172 APPENDICE C Figura C.2 Elementi preforati di collegamento in acciaio (Cenci G., Strutture il legno, 1980). Appare evidente che la correttezza dell’ipotesi di vincolo a cerniera richiede che le rotazioni dell’elemento secondario, valutate in funzione dell’inerzia flessionale e dei carichi su di esso agenti, siano compatibili con le reali possibilità di rotazione del collegamento. Nel caso, per esempio, di piastre forate per l’inserimento di connettori a gambo cilindrico la rotazione del collegamento è da mettere in relazione con la possibilità di rifollamento del foro, ma è nello stesso tempo limitata dall’instaurarsi di meccanismi di rottura secondari per trazioni ortogonali alla fibratura, causati da deformazioni troppo elevate. L’utilizzo dei connettori chiodati tridimensionali permette anche di realizzare collegamenti semi-rigidi. Si parla di collegamenti semi-rigidi Dipartimento di Ingegneria STrutturale 173 APPENDICE C in quanto non è possibile realizzare un collegamento infinitamente rigido il che vorrebbe dire che sarebbe in grado di trasmettere azioni di tipo flessionale, ovvero, le sezioni estreme delle aste convergenti al nodo siano costrette a subire la stessa rotazione. Ad esempio, nel caso di nodi d’angolo di portali si può realizzare un cosiddetto “giunto a raggiera” (Fig. C.3) in grado di trasferire il momento flettente disponendo i perni lungo una o due circonferenza concentriche nella zona di sovrapposizione degli elementi giuntati. Figura C.3 Giunto a raggiera (Piazza M., I corsi promo_legno, 2004). C.2 ETAG 015. MARCATURA CE DELLE LAMIERE CHIODATE TRIDIMENSIONALI La Direttiva Prodotti da Costruzione (89/106/CEE - CPD) già da aprile 2002 aveva iniziato a imporre la marcatura CE attraverso la pubblicazione di norme armonizzate preparate dal CEN e attraverso l’emissione di Benestare Tecnici Europei (ETA) redatti in conformità ad apposite Linee Guida (ETAG) emesse dall’EOTA (European Organization for Technical Approvals). Marcare il prodotto significa, come già detto nel par. 3.2, certificare che il prodotto possiede e rispetta i Requisiti Essenziali previsti dalle normative. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 174 APPENDICE C Sulla base del Mandato di richiesta (Construct 99/339, rev 1) datato 28.05.99 il Gruppo di Lavoro 06.03/11dell’EOTA, costituito da membri della Germania, Danimarca e del Regno Unito ha redatto le Linee Guida ETAG 015 che riguarda le lamiere chiodate tridimensionali (Fig. 4.2) Questa linea guida è stata approvata dall’EC (European Communities) il 24/09/02 mentre la data limite oltre la quale è diventato obbligatorio apporre la marcatura CE sui connettori chiodati tridimensionali è stata fissata per 01/08/2007. Alla data attuale si è quindi nella condizione di poter dire che per poter commercializzare questo tipo di prodotto si deve apporre la marcatura CE seguendo tutto l’iter che la precede (par. 3.2). L’ETAG 015 si compone di 4 sezioni: 1) Introduzione 2) Linee guida per l’accertamento dell’idoneità all’uso 3) Attestazione e valutazione di conformità 4) Contenuto dell’ETA oltre ai due allegati: A) Terminologia comune e abbreviazioni B) Elenco dei documenti C.2.1. Introduzione Queste linee guida riguardano le lamiere metalliche chiodate tridimensionali preformate con i relativi specifici connettori per le connessioni in strutture in legno e per il fissaggio di elementi in legno ai loro supporti. I specifici connettori includono chiodi, viti, bulloni e spinotti. Quest’ETAG non riguarda: • I prodotti coperti dal Mandato M112 del CEN per “Prodotti da costruzione in legno strutturale e accessori” Dipartimento di Ingegneria STrutturale 175 APPENDICE C • Ganci ricoperti dal Mandato M116 del CEN per “Muratura e relativi prodotti” (come i componenti accessori) • Uso delle lamiere chiodate tridimensionali nei pali di fondazione • Prodotti non coperti dalla Decisione dell’EC 96/603/EC, emendati dalla Decisione dell’EC 2000/605/EC Lo stato dell’arte non permette, entro tempi ragionevoli, lo sviluppo di completi e dettagliati metodi di verifica e dei corrispondenti criteri/linee guida tecniche per l’accettazione di alcuni aspetti particolari dei prodotti. Quest’ETAG contiene assunzioni valide per i prodotti realizzati nel rispetto dello stato dell’arte, casi particolari possono essere esaminati caso per caso tenendo conto dell’ETA. La guida resta valida per i casi che non si spostano significativamente da quelli previsti. La maggior parte delle assunzioni fatte in quest’ETAG assicurano che il progetto delle connessioni strutturali è in accordo con le principali raccomandazioni dell’Eurocodice 5, o un altro appropriato codice di progettazione strutturale, in particolare relazione alla durata del carico. C.2.2. Linee guida per l’accertamento dell’idoneità all’uso L’accertamento dell’idoneità delle lamiere chiodate tridimensionali con riguardo all’idoneità per gli usi previsti nelle costruzioni è costituito da quattro livelli principali: • Il capitolo 4 chiarisce i requisiti specifici relativi alle lamiere chiodate tridimensionali e gli usi concernenti, partendo da i Requisiti Essenziali per i prodotti e poi elencando le corrispondenti caratteristiche relative alle lamiere chiodate tridimensionali; • Il capitolo 5 estende la lista del capitolo 4 a definizioni più precise e elencando i metodi disponibili per la verifica delle Dipartimento di Ingegneria STrutturale 176 APPENDICE C caratteristiche relative dei prodotti e indica come i requisiti e le caratteristiche relative dei prodotti sono descritte. Questo capitolo definisce le procedure dei test, i metodi di calcolo e di prova, etc.; • Il capitolo 6 definisce le linee guida sui metodi di accertamento e di giudizio per confermare l’idoneità agli usi previsti delle lamiere chiodati tridimensionali; • Il capitolo 7 definisce le assunzioni e le raccomandazioni sotto le quali l’idoneità all’uso delle lamiere chiodate tridimensionali è valutata. C.2.2.1. Requisiti per i prodotti e loro relazioni con le caratteristiche delle lamiere chiodate tridimensionali I Requisiti Essenziali relativi, i paragrafi relativi del corrispondente IDs (Documento Interpretativo del CPD) e i requisiti riferiti alle prestazioni del prodotto sono indicate nella Tabella C.1. Tabella C.1 Requisiti Essenziali per il prodotto previsti dall’ETAG 015. ER Paragrafo corrispondenti dell’ID per l’opera 1 4.2 Provvedimenti concernenti l’opera o parti di essa 2 4.2.3.3.1 Limitazioni della generazione di fiamme e fumo tra le stanze 3 4 3.3.1.1 Ambiente interno – qualità dell’aria NON RILEVANTE 5 NON RILEVANTE 6 NON RILEVANTE (2) Paragrafo corrispondente dell’ID per le prestazioni del prodotto 4.3.1 Caratteristiche relative 4.3.2 Prestazione del prodotto (guarda Appendice –Tavola 2 Prodotti di legno da costruzione per usi strutturali) 4.3.1.1 Prodotti soggetti a requisiti per la reazione al fuoco 3.3.1.1.3.2a Materiali da costruzione Caratteristiche del prodotto dal Mandato Paragrafo dell’ETAG sulla prestazione del prodotto Resistenza meccanica (resistenza, rigidezza…, quelle relative) 4.1 Resistenza meccanica e stabilità Rilascio di sostanze pericolose (1) 4.2 Sicurezza in caso d’incendio 4.2.1 reazione al fuoco 4.2.2 resistenza al fuoco 4.3 Igiene, salute e ambiente 4.4 Sicurezza nell’uso Resistenza contro la corrosione, come relative Dipartimento di Ingegneria STrutturale 4.5 Protezione contro il rumore 4.6 Risparmio energetico e isolamento termico 4.7 Aspetti della durevolezza, capacità di servizio e identificazione 177 APPENDICE C (1) In particolare quelle sostanze nocive definite nel Consiglio Direttivo 76/769/EEC e suoi emendamenti. (2) Aspetti della durevolezza, della capacità di servizio e di identificazione. 1) Il Requisito Essenziale n°1 “Resistenza Meccanica e Stabilità” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera deve essere progettata e realizzata in modo che i carichi a cui è soggetta durante la costruzione e durante il suo uso non portino ad una delle seguenti condizioni: • Collasso di tutta o di parte dell’opera; • Deformazioni maggiori del grado definito ammissibile; • Danneggiamento di altre parti dell’opera in seguito ad adattamenti o installazioni di attrezzature, ottenendo come risultato deformazioni maggiori della capacità di deformazione della costruzione; • Danneggiamento dovuto ad un evento o ad uno sproporzionato aumento di una delle cause originali di carico. I seguenti aspetti delle prestazioni sono rilevanti per le lamiere chiodate tridimensionali nei riguardi di questo Requisito Essenziale. Azioni imposte sulla struttura durante la sua vita, per esempio, aumento dell’azione del vento, della neve, deformazioni termiche, deformazioni indotte dall’umidità, peso proprio della struttura, etc. Dal momento in cui la struttura è caricata la resistenza e la rigidezza dell’opera vanno assunte in considerazione ai carichi permanenti, variabili, e accidentali. La resistenza del prodotto dovrà essere sufficiente a resistere all’azione agente nel nodo. Sarà assunta in considerazione della durata del carico e della classe di servizio. Le seguenti azioni possono essere applicate: Dipartimento di Ingegneria STrutturale 178 APPENDICE C trazione; taglio; compressione; flessione; torsione; traslazione tra gli elementi; rotazione tra gli elementi; o una combinazione di queste azioni. La rigidezza del prodotto deve garantire le deformazioni maggiori di un grado ammissibile senza causare danni all’opera e ad altre costruzioni. Sarà assunta in considerazione della durata del carico e della classe di servizio. In zone sismiche dove il comportamento strutturale dissipativo è assunto nel progetto, i nodi dovranno dimostrare una appropriata duttilità nelle prove cicliche. 2) Il Requisito Essenziale n°2 “Sicurezza in caso di incendio” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera deve essere progettata e realizzata in modo che in caso di scoppio di un incendio: • La capacità di carico della costruzione può essere stabilita per uno specifico periodo di tempo; • La generazione e la diffusione delle fiamme e del fumo nell’opera sia limitata; • La diffusione delle fiamme nei pressi della costruzione dell’opera sia limitata; • Gli occupanti possano evacuare l’opera o essere salvati; • La sicurezza delle squadre di salvataggio è tenuta in considerazione. I requisiti per la reazione al fuoco per le lamiere chiodate tridimensionali devono essere in accordo con le leggi, i regolamenti e Dipartimento di Ingegneria STrutturale 179 APPENDICE C i provvedimenti amministrativi, applicabili a tali prodotti nei loro previsti usi. La prestazione in relazione alla resistenza al fuoco può essere determinata per gli elementi strutturali completi con alcune associate finiture, perciò non ci sono aspetti rilevanti per le prestazioni delle lamiere chiodate tridimensionali rispetto a questo Requisito Essenziale. 3) Il Requisito Essenziale n°3 “Igiene, Salute e Ambiente” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera deve essere progettata e realizzata in modo che non costituisca una minaccia all’igiene e alla salute degli occupanti o dei confinanti, in particolare come risulta da uno dei seguenti: • Il rilascio di gas tossici; • La presenza di particelle solide o gassose nocive nell’aria; • L’emissione di radiazioni nocive; • L’inquinamento o l’avvelenamento dell’acqua o del suolo; • L’eliminazione difettosa di acque reflue, fumo, rifiuti solidi o liquidi; • La presenza di umidità in parti dell’opera o sulla superficie di contatto tra le opere. I seguenti aspetti delle prestazioni delle lamiere chiodate tridimensionali sono rilevanti nei riguardi di questo Requisito Essenziale. I connettori chiodati tridimensionali devono essere fatti in modo che, quando installati in accordo ai provvedimenti nazionali degli Stati Dipartimento di Ingegneria STrutturale 180 APPENDICE C Membri, soddisfino il ER3 (Requisito Essenziale n°3) del CPD come espresso dai provvedimenti nazionali degli Stati Membri ed in particolare non causino emissione dannose di gas tossici, particelle dannose o radiazioni all’interno degli ambienti o contamino l’ambiente esterno (aria, acqua, suolo). 4) Il Requisito Essenziale n°4 “Sicurezza nell’uso” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera deve essere progettata e realizzata in modo che non presenti rischi inaccettabili di incidenti in fase di servizio o nei casi di urti, scottature, scosse elettriche, danni da esplosione. Non ci sono aspetti delle prestazioni relativi alle lamiere chiodate tridimensionali nei riguardi di questo Requisito Essenziale. 5) Il Requisito Essenziale n°5 “Protezione contro il Rumore” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera deve essere progettata e realizzata in modo che il rumore percepito dagli occupanti o dalle persone vicine è mantenuto ad un livello che non minaccerà la loro salute e permetterà loro di dormire, riposare e lavorare in condizioni soddisfacenti. Non ci sono aspetti delle prestazioni relative alle lamiere chiodate tridimensionali nei riguardi di questo Requisito Essenziale. 6) Il Requisito Essenziale n°6 “Risparmio energetico e isolamento termico” imposto dal Consiglio Direttivo 89/106/EEC è: La costruzione dell’opera e il suo impianto di riscaldamento, di raffreddamento e di ventilazione devono essere progettati e realizzati Dipartimento di Ingegneria STrutturale 181 APPENDICE C in modo che l’ammontare dell’energia richiesta nell’utilizzo sarà bassa, tenendo in considerazione le condizioni climatiche del luogo e gli occupanti. 7) I requisiti considerati nel presente punto sono riferiti ai Requisiti Essenziali, ma non ad un requisito in particolare. Le lamiere chiodate tridimensionali, e i componenti e le loro possibili finiture dovranno essere resistenti alle cause di deterioramento da agenti fisici e chimici al fine di prevenire la riduzione delle proprietà meccaniche durante la loro vita prevista. Il prodotto dovrà essere definito precisamente dal riferimento alle caratteristiche fisiche, così come: - materiali; - proprietà di resistenza; - trattamenti superficiali; - dimensioni. C.2.2.2. Metodi di verifica I Requisiti Essenziali relativi, i requisiti riferiti alle prestazioni del prodotto (come stabilito nel par. C.2.2.1), le caratteristiche del prodotto corrispondente valutate e i corrispondenti metodi di verifica sono indicati nella Tabella C.2. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 182 APPENDICE C Tabella C.2 ER 1 Metodi di verifica per il prodotto previsti dall’ETAG 015. Paragrafo corrispondente dell’ID per le prestazioni del prodotto 4.3.1 Caratteristiche relative 4.3.2 Prestazione del prodotto (guarda Appendice –Tavola 2 Prodotti di legno da costruzione per usi strutturali) Paragrafo dell’ETAG sulla prestazione del prodotto Resistenza del nodo Rigidezza del nodo Duttilità del nodo in prove cicliche 5.1 Resistenza meccanica e stabilità 2 4.3.1.1 Prodotti soggetti a requisiti per la reazione al fuoco Reazione al fuoco 5.2 Sicurezza in caso d’incendio 3 3.3.1.1.3.2a Materiali da costruzione Sostanze pericolose 5.3.1. Rilascio di sostanze pericolose 4 NON RILEVANTE 5 NON RILEVANTE 6 NON RILEVANTE Resistenza contro la corrosione 5.7 Aspetti della durevolezza, utilità e identificazione (1) (1) Caratteristiche del prodotto dal Mandato Aspetti della durevolezza, utilità e identificazione. I nodi con le lamiere chiodate tridimensionali possono essere progettati per resistere a forze con specifiche direzioni e/o momenti in diverse direzioni o ad una combinazione di essi. La resistenza meccanica e la stabilità delle lamiere chiodate tridimensionali può essere verificata usando: a) Calcolo; b) Calcolo assistito da prove; c) Prove. La portata in termini di forza e di momento sarà determinata per deformazione degli elementi di legno simili a quelli delle strutture nelle quali sono previsti. Il supporto e le condizioni di vincolo saranno specificate dal produttore. Il supporto e le condizioni di vincolo per gli elementi sono fondamentali per le prestazioni e quindi anche i carichi Dipartimento di Ingegneria STrutturale 183 APPENDICE C caratteristici delle lamiere chiodate tridimensionali, e rifletteranno gli usi previsti dichiarati. Il produttore specificherà ogni assunzione riguardante la preparazione degli elementi di legno, le pre-forature, la tolleranza sul diametro di un foro e ogni installazione/manutenzione speciale prevista, ri-serraggio dei bulloni. La resistenza meccanica e la stabilità sarà determinata prendendo in considerazione lo spazio vuoto tra gli elementi di legno che possono occorrere nella pratica. Per connessioni lato-lato (Fig. C.4.) essa si può assumere normalmente come se gli elementi di legno fossero chiusi senza nessuno spazio vuoto. Per connessioni estremo-estremo (Fig. C.5.) e estremo-lato (Fig. C.6.) la misura massima di spazio vuoto permesso sarà considerata e, in nessun caso, sarà più piccola di 3 mm tra le facce accoppiate (legno-legno o legno-lamiera chiodata tridimensionale). Figura C.4 Connessioni lato-lato. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 184 APPENDICE C Figura C.5 Connessioni estremo-estremo. Figura C.6 Connessioni estremo-lato. a)Calcolo. Il calcolo può essere usato come attestazione se la lamiera chiodata tridimensionale è di un materiale duttile e se una delle due seguenti condizioni è soddisfatta: • Il comportamento statico del nodo è duttile e se i componenti del nodo hanno un comportamento forza-spostamenti duttile; • Il comportamento statico dei connettori metallici (chiodi o viti) è fragile, allora oltre la distribuzione di forza sarà determinata staticamente o basata su un’assunzione conservativa. I metodi di calcolo saranno formulati in accordo con l’Eurocodice 3 e 5. I metodi di calcolo saranno basati sulle proprietà caratteristiche dei materiali per la durata del carico e la classe di servizio appropriata, calcolata in accordo con l’Eurocodice 5 usando il Dipartimento di Ingegneria STrutturale 185 APPENDICE C fattore kmod. Il valore del modulo di scorrimento istantaneo Kser fornito nell’Eurocodice 5 potrebbe essere usato nei metodi di calcolo. Esempi di metodi che potrebbero essere usati per i calcoli sono forniti nell’EOTA Rapporto Tecnico ‘Principi per il calcolo statico di connessioni fatte con lamiere chiodate tridimensionali, con esempi’. Le proprietà dei materiali e i componenti dei nodi con connettori chiodati tridimensionali dovranno essere specificati preferibilmente alle rilevanti ENs. Per le parti in acciaio, il momento di snervamento e il momento ultimo dovranno essere documentati. Per i chiodi, viti, spinotti o bulloni soggetti a carico laterale o a carico assiale le capacità di carico e le rigidezze saranno determinate o dall’Eurocodice 5 o da prove. Le deformazioni degli elementi di legno connessi e i componenti delle connessioni con lamiere chiodate tridimensionali dovranno essere assunte compatibilmente con quelle dell’analisi globale della struttura. Per i chiodi e le viti filettate soggetti a carico laterale e aventi una profondità di penetrazione l > 9d, dove d è il diametro dei chiodi o delle viti come definito nell’Eurocodice 5, potrebbe essere assunto un comportamento elasto-plastico. Per i chiodi e le viti filettate soggetti a forza assiali dovrà assumersi un comportamento fragile. b)Calcolo assistito da prove. Il calcolo assistito da prove comprende: • Verifica del modello statico; Dipartimento di Ingegneria STrutturale 186 APPENDICE C • Valutazione delle proprietà dei componenti il test, da usare come dati di input per il modello statico, il momento di snervamento di una sezione della lamiera chiodata tridimensionale interessata; • O una combinazione delle prime due. Lo scopo delle prove è di verificare o calibrare un modello statico teorico per i nodi con lamiere chiodate tridimensionali o per ottenere le proprietà dove il calcolo non è pratico o non è possibile per proprietà particolari. Il modello rifletterà il reale comportamento statico. Esso può essere assunto quale verifica se è stato formulato a partire dal modello statico teorico – possibilmente con alcuni coefficienti d’efficienza – può descrivere il comportamento statico delle lamiere chiodate tridimensionali. Un modello statico per la capacità di carico ultima del nodo può solo essere assunto per la verifica, se il modello per la capacità di carico dei componenti della connessione può predire la capacità di carico del nodo. Il modello statico dovrà essere verificato per il tipo di forza nel nodo e per l’intervallo della loro posizione. La verifica conterrà delle considerazioni speciali per il caso di chiodi e viti caricate assialmente. Dalle prove di controllo sarà possibile stabilire l’effettivo numero di chiodi o viti oppure l’efficacia dei chiodi o delle viti. Le prove per determinare il contenuto di umidità e la densità del legno saranno stabilite in accordo con le prove standard rilevanti riportate nell’Eurocodice 5. Le prove per valutare le relative proprietà riferite ai componenti in acciaio saranno stabilite in accordo con le relative prove standard riportate nell’Eurocodice 3. La prova della capacità flettente delle lamiera chiodata tridimensionale con sezione trasversale speciale sarà stabilita in Dipartimento di Ingegneria STrutturale 187 APPENDICE C modo che la flessione della lamiera chiodata tridimensionale sia corrisponda alla reale distribuzione del momento della lamiera chiodata tridimensionale nella connessione. Applicando la forza con uno o un po’ di eccentricità, può essere determinata una curva della capacità flettente della flangia della lamiera chiodata tridimensionale. Il diagramma della capacità flettente sarà costituito da diverse linee rette determinate dalle prove con differenti valori di eccentricità. c)Prove. La prova per la resistenza e la rigidezza del nodo sarà in accordo con la EN 26891:1991 e la prova per il la duttilità del nodo in condizioni cicliche sarà in accordo con la EN 12512:2001. La prova simulerà il comportamento del nodo sotto le condizioni pratiche, e il carico, il supporto e le condizioni di vincolo usate nella prova riprodurranno quelle che vengono applicate nella pratica. Poiché la EN 26891:1991 è un documento generale, e dovuto alla varietà di prodotti compresi in queste linee guida, non è possibile impostare delle regole per ogni tipo di prodotto. I principi generali, che saranno adottati per le prove, sono forniti sotto. Esempi sono forniti nell’EOTA Rapporto Tecnico ‘Metodi di prove delle lamiere chiodate tridimensionali, con esempi’. Queste raccomandazioni sono basate sul lavoro del RILEM TC169-MTE che sta continuando a sviluppare metodi di prova per le lamiere chiodate tridimensionali. (1) Determinare la sezione trasversale degli elementi primari e secondari a seconda dello scopo e funzione previsto e usare questi elementi in scala reale durante il test. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 188 APPENDICE C (2) Scegliere il setup di prova evitando rotture dovute a fenomeni che non rientrano nello scopo della prova, come rotture dovute a tensioni perpendicolari alle fibre del legno, rotture a flessione dell’elemento secondario, il comportamento a rottura nel punto di carico non sarà presente. (3) Scegliere il setup di prova dell’elemento secondario così che le deformazioni della connessione nella zona della prova riflettano gli usi previsti. (4) Evitare innalzamenti eccessivi del metodo di applicazione del carico ed elementi di supporto che deviano dagli scopi e funzioni previsti, il carico dovrebbe essere applicato solo nell’area connessa se questa comprende l’uso previsto. (5) Assicurarsi che i principi di trasmissione del carico siano determinabili, per esempio usando una cella di carico supplementare per determinare esattamente il carico trasferito alla connessione; se rilevante, il peso dell’apparecchiatura di prova potrebbe essere tolto dall’ammontare dei dati registrati. (6) Misurare gli spostamenti relativi tra gli elementi e tenere in considerazione che le influenze non desiderate sono evitate con il fissaggio dei trasduttori in punti al di fuori dalle zone di attesa rottura; posizionare il trasduttore su uno dei lati del campione e mediare i risultati tenendo in conto qualsiasi distorsione degli elementi. (7) Tenere in conto che le tolleranze pratiche nella giunzione tra gli elementi connessi possono influenzare la capacità di carico della connessione, predisponendo lo spazio vuoto appropriato tea gli elementi. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 189 APPENDICE C (8) Assemblare i pezzi della prova con legno avente un contenuto di umidità di equilibrio corrispondente a (20 ± 2)°C e (85 ± 5) % di umidità relativa, condizionare l’assemblaggio a (20 ± 2)°C e (65 ± 5) % di umidità relativa giusto fino a prima della prova, e misurare il contenuto di umidità nel momento della prova (altre condizioni potrebbero essere usate solo se in linea con gli usi previsti della connessione). (9) Quando asciutto, si possono avere diminuzioni significative della capacità di carico o della rigidezza della connessione, quindi, considerazioni speciali saranno fornite nel condizionamento della fabbricazione e della prova. (10) Determinare e registrare i dettagli rilevanti dei materiali, per esempio la qualità o classe del legno, i dettagli e le dimensioni delle componenti metalliche e degli altri connettori, e menzionare nel rapporto della prova che i risultati della prova non sono essenzialmente applicabili ad altri tipi di componenti metallici o legno. (11) Una esaustiva registrazione del comportamento carico- deformazioni potrebbe essere fatta per svariati interessi. Il legno sarà selezionato in accordo con uno dei due metodi riportati nella EN 28970:1991. La densità caratteristica sarà determinata in base alla EN 338:1995. Le relative proprietà caratteristiche (per esempio resistenza ultima a trazione, deformazione in corrispondenza dello snervamento) del metallo usato per produrre le lamiere chiodate tridimensionali, presi dal rotolo o dalla striscia usata nella produzione, saranno determinate usando procedure di prova standard (eg EN 10002-1:1990). La Dipartimento di Ingegneria STrutturale 190 APPENDICE C maggior parte delle lamiere chiodate tridimensionali sono prodotte in un intervallo di misure, le misure usate nelle diverse prove potrebbero essere selezionate in modo che la resistenza e la rigidezza dell’intervallo completo potrebbero essere ottenute dall’interpolazione fornendo lo stesso meccanismo di rottura. I chiodi, le viti, i bulloni e gli spinotti saranno in accordo con le indicazioni armonizzate standard pr EN 14592. I metodi di test per le connessioni con chiodi e viti sono specificate nelle EN 1380:1999, EN 1382:2002 e EN 1383:1999. La procedura di prova è definita al punto 5.1.3.3 dell’ETAG 015. La stima del massimo carico Fmax,est per il tipo di nodo che deve essere provato può essere determinato sulla base di esperienze, o da calcoli di prove preliminari, e può essere aggiustato come richiesto dalla procedura di carico. Sarà seguita la procedura di carico fornita nell’articolo 8 dell’EN 26891:1991. Il carico prima raggiunto o quello a uno spostamento di 15 mm, sarà registrato come il massimo carico per qualsiasi campione. La resistenza alla compressione sarà presa come il maggior carico richiesto per chiudere lo spazio vuoto tra gli elementi. Questo definirà la capacità di carico della lamiera chiodata tridimensionale, ma non necessariamente del nodo. Le deformazioni saranno prese come i movimenti relativi tra i due elementi di legno in prossimità del nodo. Il rapporto di prova includerà: - Il tipo di legno e la classe, e il trattamento superficiale, densità e contenuto di umidità del legno - Metodo per la selezione della densità del legno, in riferimento alla EN 28970:1991 Dipartimento di Ingegneria STrutturale 191 APPENDICE C - Dimensioni del nodo, misura delle lamiere chiodate tridimensionali, dettagli dello spazio tra gli elementi - Dettagli di qualsiasi connettore usato, per esempio chiodi, viti, in riferimento agli standard appropriati - Condizionamento del legno a dei pezzi della prova prima e dopo la fabbricazione - La procedura di carico utilizzata, e tutte le indicazioni su qualsiasi deviazione apportata da questa procedura - Dettagli di produzione, incluso le dimensioni, spessore del rivestimento, se assegnato, e proprietà meccaniche specifiche (per esempio resistenza a trazione, tensione di snervamento e deformazione di snervamento) del metallo usato per prodotto - Metodo di installazione - Risultati del massimo carico delle singole prove e rilevanti informazioni riguardanti aggiustamenti, descrizione dei modi di rotture, densità del legno nel quale si è avuta la rottura - Scorrimento iniziale e modulo di scorrimento in accordo alla EN 26891:1991, e diagrammi carico-scorrimento. C.2.2.3. Accertamento e giudizio dell’idoneità del prodotto per gli usi previsti Questo paragrafo descrive le prestazioni richieste incontrate nel par. C.2.2.1 in modo preciso e misurabile o in termini qualitativi, riferiti al prodotto e ai suoi usi previsti, usando i risultati dei metodi di verifica (par. C.2.2.2). Qualsiasi prestazione richiesta incontrata per un uso previsto in generale, è valutata in termini di classi, categorie d’uso o Dipartimento di Ingegneria STrutturale 192 APPENDICE C valori numerici. L’ETA in generale indicherà o il risultato di queste valutazioni oppure la condizione ‘Nessuna prestazione valutata’ (per paesi/regioni/costruzioni dove nessun requisito è fornito nelle leggi/regolamenti/provvedimenti). Quest’espressione non vuol dire che le lamiere chiodate tridimensionali hanno prestazioni negative, ma semplicemente che la prestazione nei riguardi di questa proprietà specifica non è stata testata e valutata poiché essa non è necessaria all’interno del contesto dell’Approvazione Tecnica Europea. Il possibile modo di esprimere i risultati delle valutazioni delle prestazioni obbligatorie richieste è illustrato nella Tabella C.3. Tabella C.3 ER 1 Tabella esempio x esprimere i risultati delle prove. Paragrafo dell’ETAG sulla prestazione del prodotto che deve essere valutata 6.1.1. Resistenza Categoria/Classe/Valore Numerico Valore numerico(i) 6.1.2. Rigidezza Valore numerico(i) o Nessuna prestazione valutata 6.1.3. Duttilità in prove cicliche Valore numerico(i) o Nessuna prestazione valutata 2 6.2. Reazione al fuoco 3 6.3.1. Sostanze pericolose Classe A1 in accordo alla EN135011:2002 e EC Decision 96/603/EC, emendata dalla EC Decision 2000/605/EC Indicazioni dei materiali nocivi dalla dichiarazione, o Nessuna prestazione valutata. 4 NON RILEVANTE 5 NON RILEVANTE 6 NON RILEVANTE (1) 6.7.1 Resistenza alla corrosione e al deterioramento (1) Classe di servizio Aspetti della durevolezza, utilità e identificazione. Il valore determinato dall’articolo 6.1.1 è il più alto valore il produttore potrebbe dichiarare come il valore caratteristico. Esso potrebbe, è Dipartimento di Ingegneria STrutturale 193 APPENDICE C consigliabile, dichiarare un valore più basso per evitare uno scarto inconveniente. C.2.2.4. Assunzioni e raccomandazioni sotto le quali l’idoneità per l’uso delle lamiere chiodate tridimensionali è valutata Questo capitolo mette in mostra le assunzioni e le raccomandazioni per il progetto, l’installazione e l’esecuzione, il confezionamento, il trasporto e immagazzinamento, l’uso, la manutenzione e riparazione, sotto le quali la valutazione dell’idoneità all’uso in accordo all’ETAG può essere fatta. Il progetto dell’opera sarà in accordo con l’Eurocodice 5 o con un adeguato codice di progettazione strutturale. La qualità e la quantità sufficiente di questa letteratura tecnica sarà valutata sulla base delle raccomandazioni dell’Eurocodice 5, concernente in particolare gli aspetti del seguente elenco di controllo: - Numero, posizione e tipi di connettori - Condizione e adeguatezza dei supporti e dei vincoli - Dettagli degli elementi lignei, per esempio classe - Contatto con legni trattati per la conservazione - Misura dello spazio vuoto permesso tra gli elementi In accordo con le raccomandazioni dell’Eurocodice 5, bulloni e viti saranno ri-serrate quando il legno avrà raggiunto il contenuto di equilibrio di umidità se questo è necessario a garantire la capacità di carico o la rigidezza della struttura. C.2.3. Attestazione e valutazione di conformità (AC) Il sistema di attestazione della conformità specificato dalla Commissione Europea nella Decisione delle Commissione 97/638/EC per i connettori per i prodotti di legno strutturale è il sistema 2+ descritto nella Direttiva Dipartimento di Ingegneria STrutturale 194 APPENDICE C del Consiglio (89/106/EEC), Allegato III, 2(ii), Prima possibilità ed è dettagliata come segue: a) Compiti del produttore - Prove iniziali del tipo di prodotto - Controllo di produzione in fabbrica. Nota: Nel contesto di queste linee guida, le prove iniziali del tipo di prodotto potrebbero essere prove e/o calcoli. b) Compiti dell’Organismo di Approvazione Certificazione del controllo di produzione in fabbrica sulla base di: - Ispezione iniziale della fabbrica e del controllo di produzione in fabbrica - Continua sorveglianza, valutazioni e approvazione del controllo di produzione in fabbrica. Il produttore eserciterà permanentemente controlli di produzione interni. Tutti gli elementi, requisiti e provvedimenti adottati dal produttore saranno documentati in maniera sistematica in forma di presidi e procedure scritte. Questo sistema di controllo della produzione garantirà che il prodotto è conforme con l’Approvazione Tecnica Europea (ETA). La valutazione del sistema di controllo di produzione in fabbrica – ispezione iniziale e continua sorveglianza. La valutazione del sistema di controllo di produzione in fabbrica è la responsabilità dell’Organismo di Approvazione. Una valutazione deve essere stilata per ogni unità di produzione al fine di dimostrare che il controllo di produzione in fabbrica è in conformità con l’ETA e per qualsiasi informazione ausiliaria. Questa valutazione sarà basata su un ispezione iniziale della fabbrica. Successivamente la sorveglianza continua del controllo di produzione in fabbrica è necessaria al fine di garantire la continua conformità con Dipartimento di Ingegneria STrutturale 195 APPENDICE C l’ETA. L’Organismo di Approvazione emanerà il Certificato del Controllo di Produzione in Fabbrica. L’Organismo di Approvazione sta emanando l’ETA che supplirà alle informazioni dettagliate più in basso. Le informazioni date più in basso, insieme ai requisiti dati nell’EC Foglio d’istruzione B, formano generalmente le basi sulle quali il controllo di produzione in fabbrica è valutato. Queste informazioni saranno inizialmente preparate o raccolte dall’Organismo di Approvazione e saranno convenute con il produttore. Le seguenti istruzioni sono date sul tipo di informazioni richieste: (1) L’ETA Guardare la sezione 9 dell’ETAG 015. La natura di qualsiasi informazione addizionale (confidenziale) sarà dichiarata nell’ETA. (2) Processo fondamentale di produzione Il processo fondamentale di produzione sarà descritto in dettagli sufficienti a supportare il metodo proposto dal FPC. I diversi componenti delle lamiere chiodate tridimensionali, generalmente, sono prodotti utilizzando tecniche convenzionali. A qualsiasi processo o trattamento spinto dei componenti che può incidere sulle prestazioni sarà dato rilievo. Nota: la saldatura è un trattamento spinto se la tensione nel punto saldato è maggiore della metà della tensione di progetto. (3) Prodotto e caratteristiche del materiale Queste possono includere: Disegni dettagliati (incluse le tolleranze di produzione) Caratteristiche d’ingresso dei materiali (grezzo) dichiarazioni Dipartimento di Ingegneria STrutturale 196 e APPENDICE C Riferimenti gli standards Europei e/o internazionali o adeguate caratteristiche Fogli dei dati di produzione (4) Programma di prove (come parte dell’ FPC) Il produttore e l’Organismo di Approvazione stanno emanando l’ETA in accordo ad un programma di prove dell’FPC. La validità del tipo e la frequenza dei controlli/prove condotti duranti la produzione e sul prodotto finale saranno considerati. Questi includeranno i controlli condotti durante la produzione sulle proprietà che non possono essere ispezionate ad una fase successiva e i controlli sul prodotto finale. Questi normalmente includeranno: (4.1) Lamiere chiodate tridimensionali Controlli sui materiali grezzi Certificati del fornitore, per esempio certificato dello stabilimento Controlli sul processo Generalmente non applicabile Controlli sul prodotto finito Protezione alla corrosione Dimensioni Ispezione visiva, per esempio per le incrinature Tipo di saldatura, per esempio dal punto di vista dell’EN 288 (4.2) Connettori Il testo in queste Linee guida sul controllo di produzione in fabbrica è inteso essere provvisorio, e potrebbe essere sostituito dall’emanazione della Normativa Armonizzata Dipartimento di Ingegneria STrutturale 197 APPENDICE C per i connettori sotto preparazione dal CEN TC 124 nota come prEN 14592. Controlli sul materiale grezzo Certificati del fornitore certificati della fabbrica per materiali ferrosi, per esempio in accordo con la EN 10204:1991 Controlli sul processo Generalmente non applicabili Controlli sul prodotto finito Diametro della testa e spessore Diametro della filettatura Diametro del nucleo Lunghezza Rondella Spessore dello strato protettivo alla corrosione Prove meccaniche, per esempio resistenza torsionale delle viti (4.3) Per le parti di ferro rivestite Dati del processo di pulizia/pretrattamento Dati del processo di rivestimento Massa e/o spessore del rivestimento (5) Prove prescritte nel programma (prove campioni nella fabbrica) Il produttore e l’Organismo di Approvazione stanno emanando l’ETA in cui sarà convenuto un programma di prove obbligatorie. Le caratteristiche dedicate e descritte nel mandato sono Resistenza Meccanica e Rilascio di sostanze pericolose. Queste saranno controllate almeno due volte l’anno con analisi/misurazioni/uso dei certificati del Dipartimento di Ingegneria STrutturale 198 APPENDICE C fornitore, per esempio certificato dello stabilimento delle caratteristiche rilevanti per i componenti della seguente lista: composizione dimensioni proprietà fisiche proprietà meccaniche. Comunque, se i risultati dell’ispezione di sorveglianza sono soddisfacenti, l’intervallo d’ispezione può essere ridotto ad una volta l’anno. L’ETA indicherà come deve essere posizionato il marchio CE, a le informazioni di accompagnamento come riportato nella Direttiva di Costruzione del Prodotto, e amplificato dall’EC Foglio d’istruzione D. Ogni lamiera chiodata tridimensionale sarà marchiata con il marchio CE e il numero dell’ETA, a meno che le sue dimensioni o la sua superficie rendano questo impossibile. C.2.4. Contenuti dell’ETA I contenuti dell’ETA saranno in accordo con la Decisione della Commissione 97/571/EC, datata 22 luglio 1997. La parte tecnica dell’ETA conterrà informazioni sui seguenti argomenti, nell’ordine e con riferimento ai relativi Requisiti Essenziali. Per ognuno degli argomenti della lista, l’ETA darà o menzionate indicazioni/classificazioni/campioni/descrizioni oppure condizioni che la verifica/valutazione di questi argomenti non ha riportato. Per chiarimenti l’ETA potrebbe contenere diagrammi o illustrazioni del prodotto o della sua installazione. Gli argomenti sono dati qui con riferimento ai relativi articoli di questa guida. Dipartimento di Ingegneria STrutturale 199 APPENDICE C La parte tecnica dell’ETA potrebbe contenere informazioni sui seguenti punti dove appropriato (i punti indicati nelle parentesi indicano i paragrafi dell’ETAG 015 in cui sono presenti le relative indicazioni): - Capacità caratteristica di carico per un assegnata durata del carico e una classe di servizio per ogni direzione di carico considerata (6.1.1) - Scorrimento iniziale e modulo di scorrimento iniziale per ogni direzione di carico considerata (6.1.2) - Dettagli della lamiera chiodata tridimensionale, geometria (per esempio disegni e descrizioni), dettagli dei materiali e rivestimenti (se presenti) (6.7.3) - Dettagli dei connettori (6.7.3) - Configurazione dei connettori di cui sopra (6.1.1) - Dettagli del legno a cui si riferiscono le capacità di carico, per esempio classe di resistenza, presenza di difetti, misure, finiture superficiali (5.1.0) - Assunzioni riguardo i supporti e/o i vincoli degli elementi in legno presenti nel nodo, per esempio semplicemente supportati, vincolati lateralmente (5.1.0) - A qualsiasi installazione/manutenzione speciale prevista sarà dato rilievo, per esempio ri-serraggio dei bulloni (5.1.0) Dipartimento di Ingegneria STrutturale 200