Corso di Progetto di Strutture - a.a. 2016/17 - Pag Esempi di unioni ad incastro

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1 5.9. Le Unioni Generalità L assemblaggio di strutture in legno va eseguito con opportuni sistemi di unione che collegano ra loro gli elementi e assumono un ruolo determinante per la sicurezza dell intera struttura, in particolare se devono ripristinare la continuità degli elementi: giunti con continuità assiale (travature reticolari); giunti con continuità a taglio (travi Gerber); giunti con continuità lessionale e tagliante (coperture di grandi luci). Nelle strutture in legno massiccio le unioni sono in genere soggette a sorzi modesti, mentre nel caso di strutture in legno lamellare le sollecitazioni che interessano il giunto di collegamento possono essere invece di notevole intensità. Inatti la tecnologia del legno lamellare ha consentito: un miglior controllo delle caratteristiche meccaniche del materiale (nodi, cipollature, essure) produzione di elementi con orme e dimensioni qualunque (elementi rettilinei e curvi di grande lunghezza) Quindi in generale si ha necessità di realizzare unioni di grandi dimensioni; necessità di conoscere l eettivo unzionamento del tipo di unione considerato; necessità di tenere sotto controllo le pericolose possibili trazioni ortogonali alle ibre provocate della giunzione considerata. - Pag Tipologie di unione I collegamenti possono essere realizzati: ad incastro ra gli elementi; unioni con dispositivi meccanici (chiodi, bulloni, viti mordenti, caviglie, barre incollate); unioni incollate (richiedono caratteristiche termo-igrometriche particolari ed elevata precisione nei dosaggi, diicili da controllare in opera); Esempi di unioni ad incastro - Pag

2 Le unioni con dispositivi meccanici comprendono: unioni chiodate; unioni bullonate o con spinotti; unioni con viti mordenti; unioni con caviglie; - Pag Pag

3 Tipi di caviglie - Pag Unioni con caviglie - Pag

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6 Progetto delle unioni (connettori metallici a gambo cilindrico) Nel progetto delle unioni è necessario determinare capacità portante deormabilità in esercizio Nel caso di unioni con connettori a gambo cilindrico (chiodi, bulloni, spinotti, viti, ecc.) la capacità portante a taglio si determina mediante European Yield Model (EYM). Si considerano i possibili meccanismi di collasso acendo l ipotesi di comportamento rigidoplastico sia per il legno che per il connettore e si determina il carico limite (Johansen 1949). Possibili meccanismi di collasso: Modo I - plasticizzazione (schiacciamento) del legno davanti al connettore; Modo II - contemporanea plasticizzazione del legno e ormazione di una cerniera plastica nel connettore; Modo III - contemporanea plasticizzazione del legno e ormazione di due cerniere plastiche nel connettore; Modo IV - plasticizzazione del legno e rotazione rigida del connettore. - Pag Fattori da cui dipende la capacità portante di un unione: tensione di riollamento del legno (densità del legno, inclinazione con la direzione delle ibre, dimensione del connettore); momento plastico del connettore M y ; diametro e numero dei connettori d, n; spessore degli elementi di unione t i ; distanze ra i connettori e distanze dai bordi a 1, a, a 3, a 4 ; - Pag

7 Tensione di riollamento: Nelle unioni di elementi di legno, eseguite con connettori meccanici, la orza viene trasmessa attraverso le pareti di uno o più ori. Assume quindi notevole importanza valutare la resistenza al riollamento delle pareti del oro. Tale resistenza può essere determinata mediante prove sperimentali speciiche (UNI EN 383). In letteratura vengono presentate vari relazioni; le principali sono quella di Whale e Smith (EC5) e quella di Soltis e Wilinson (NDS 1991 National Design Speciication or Wood Construction, USA): Whale e Smith (EC5) propongono: h,0, h,0, h,, 90 sin cos d per sollecitazioni parallele alle ibre per sollecitazioni inclinate - Haninson dove 90 è il rapporto ra la tensione di riollamento in direzione parallela e quella ortogonale alle ibre ed ha le seguenti espressioni: d per legno di coniera con 400 g/m d per legno di latioglie con 800 g/m Pag Soltis e Wilinson propongono: 77. per sollecitazioni parallele alle ibre h,0, h,90, d per sollecitazioni ortogonali alle ibre Capacità portante unioni a SINGOLO connettore (unioni legno legno): Modo I - plasticizzazione del legno davanti al connettore t d h,1, 1 R min h,, t d R R 1.5 d mod m m dove: h,i, è la resistenza a riollamento dell elemento i; t i è lo spessore dell elemento i; d è il diametro del connettore - Pag

8 Modo II - autoequilibrate contemporanea plasticizzazione del legno e ormazione di una cerniera plastica nel connettore Scriviamo le equazioni di equilibrio alla traslazione ed alla rotazione per ciascun elemento: R h,,da a M My, h,,d R h,1, cdh,1, t1c dh,1, d ct 1 c t1 c M h,1, cd h,1, t1 cdc Risolvendo il sistema si ottiene: h,1, t1d 4 M y, h,, h,1, d t1 h,1, R 1 con = coeiciente ricavato da prove sperimentali - Pag Modo III - contemporanea plasticizzazione del legno e ormazione di due cerniere plastiche nel connettore Si hanno due cerniere plastiche incognite; scriviamo le equazioni di equilibrio alla traslazione ed alla rotazione per ciascun elemento: Risolvendo il sistema si ottiene: R h,,da a M M y, h,,d R h,1, dc c M h,1, d M y, R My,h,1, d con = 1 h,, h,1, coeiciente ricavato da prove sperimentali - Pag

9 Modo IV - plasticizzazione del legno e rotazione rigida del connettore Si ha rotazione del bullone, distribuzione delle tensioni s costanti per l ipotesi di legame rigido plastico del legno; le equazioni di equilibrio sono : Risolvendo il sistema si ottiene: R h,,d a t a t a M h,,d t aa R dc t h,1, 1 c t1 c M h,1, d t1 c c t d t t t t R 1 1 con = 1 t t t t h,1, 1 3 h,, h,1, - Pag Nel caso in cui si abbia un giunto simmetrico a 3 elementi, si ha R h,1, t1d Modo 1a h,, td Modo 1b h,1, t1d 4 M y, min 1 Modo II h,1, d t 1 M y,h,1, d Modo III 1 h,, con = coeiciente ricavato da prove sperimentali h,1, d 3 y, M y, momento caratteristico di completa plasticizzazione del gambo del connettore 6 ( ormulazione variabile a seconda della tipologia del connettore) Il diagramma seguente riporta il limite ineriore della capacità resistente di un unione al variare della dimensione dei mezzi d unione (rapporto spessore/diametro) - Pag

10 Capacità portante unioni legno acciaio e legno calcestruzzo: Sono valide tutte le espressioni precedentemente esposte, atto salvo calibrare le caratteristiche geometriche e meccaniche dei vari elementi della connessone. - Pag Contributo Eetto Tirante Si è osservato sperimentalmente che la resistenza ultima della connessione risulta spesso superiore a quella stimata con le equazioni di Johansen: dopo la ormazione di uno dei modi di rottura, si instaura un ulteriore meccanismo di trasmissione degli sorzi, detto Eetto Tirante Questo contributo, stimato come:... 4 dove: F ax, R è la resistenza caratteristica all estrazione del mezzo di unione; va considerato solo nel caso di una sua reale attivazione e comunque non deve superare i valori indicati sotto come percentuale del contributo di Johansen: F ax,r - Chiodi a gambo liscio 15% - Chiodi ad aderenza migliorata 50% - Viti 100% - Bulloni 5% - Spinotti 0% - Pag

11 Capacità portante unioni a PIÙ connettori (unioni legno legno): L eicacia dell unione viene ridotta per eetto dell interazione reciproca ra i connettori. Si introduce in concetto di eicacia dei connettori, inatti: F m nf s F n F con n < n m e s e Esistono diverse relazioni per n e, a seconda del tipo di connettore, tra cui si cita: CNR-DT06/007 n e e n con e tabellato t a1 0.7 Normativa Canadese ne 0.5 n d d Le diverse relazioni orniscono in molti casi valori piuttosto discordanti ra di loro; questo è dovuto al atto che si basano su teorie diverse, validate con i pochi risultati sperimentali disponibili in letteratura. - Pag L eicacia dei connettori dipende da: dalla diversa distribuzione della orza esterna nei bulloni: i primi sono maggiormente sollecitati e questo provoca lesioni e rotture di tipo ragile dette splitting; riduzione dello slittamento ultimo all aumentare del numero dei bulloni (a causa delle essure da spacco che creano rapidamente); tolleranze di abbricazione (diverso passo ra i ori degli elementi da unire). - Pag

12 Distanze minime ra i connettori: Come nel caso delle giunzioni bullonate nelle costruzioni metalliche, anche per le unioni in legno esistono precise indicazioni delle distanze ed interassi minimi da garantire ra i connettori, al ine di evitare rotture ragili e perdita d eicacia della giunzione. Si veda in letteratura o normative (EC5 / CNR) i valori speciici per ciascun caso d interesse. - Pag Deormabilità delle unioni a taglio: Per valutare correttamente la deormazione degli elementi strutturali è necessario tener conto anche della deormabilità concentrata nelle unioni. E quindi necessario determinare un modulo di scorrimento dell unione K ser da utilizzare per valutare l entità dello slittamento ra i mezzi di unione. Per le unioni bullonate è necessario tener conto di un ulteriore slittamento dovuto alle tolleranze di costruzione (oro di diametro maggiorato rispetto al diametro del bullone) e viene orettariamente assunto pari ad 1 mm. F uc,ist 1 K ser F è la orza applicata al singolo bullone rierita ad una sezione resistente Lo slittamento globale, tenendo conto della viscosità e dell umidità, è pari a u u u u 1 u 1 c,in c,ist c,di 1,c,ist de,c,ist de dove ψ è il coeiciente di combinazione quasi-permanente dei carichi variabili. - Pag

13 I valori di ser, modulo di scorrimento istantaneo per ciascuna sezione resistente per singolo connettore sotto una orza allo SLE, sono riportati nella seguente tabella. (CNR-DT06/007) - Pag Dettagli costruttivi Unioni con un elevato numero di connettori possono impedire la naturale variazione dimensionale del materiale legno in seguito a ritiro o rigoniamento, dando luogo a essurazione e riduzione della capacità portante dell unione. - Pag

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