PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO CON IL D.M. 14 GENNAIO

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1 TIPOLOGIE STRUTTURALI DELLE COPERTURE LIGNEE E TIPOLOGIE DI CONNESSIONI Cortaccia (BZ), 2008

2 INDICE: Classificazione dei sistemi di giunzione Tipologie strutturali ricorrenti per le coperture Panoramica sulle possibili soluzioni per giunzioni secondaria principale Sistemi a filetto doppio e continuo: possibili applicazioni ed esempio di calcolo Viti da legno auto filettanti: possibili applicazioni ed esempio di calcolo Il ruolo dei sistemi di giunzione per un buon dettaglio costruttivo

3 Classificazione dei sistemi di collegamento Giunti di carpenteria 28

4 Unioni meccaniche di tipo moderno connettori metallici a gambo cilindrico connettori metallici di superficie

5 CONNETTORI METALLICI DI SUPERFICIE CONNETTORI AD ANELLO TIPO APPEL Effettuare il foro guida Fare la fresata sui due elementi da collegare Posizionare i l appel, l il bullone e chiudere il tutto tt

6 Connettori metallici ad anello formule proposte dalla normativa (di derivazione empirica)

7 CONNETTORI A PIASTRA DENTATA CONNETTORE TIPO GEKA Effettuare il foro Fare la fresata dello spessore della piastra del geka Posizionare i due elementi lignei con geka e bullone Utilizzare il martinetto idraulico per chiudere CONNETTORE TIPO BULDOG Effettuare il foro Posizionare i due elementi lignei con buldog e bullone Chiudere il bullone energicamente

8 PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO CON IL D.M. 14 GENNAIO luglio 2008 Connettori a piastra dentata modello sperimentale proposto dalle normative Da numerosissime prove sperimentali presenti in letteratura si è notato che la modalità di rottura di tali connessioni è sempre imputabile al rifollamento del legno in corrispondenza dei denti Essendo che il bullone contribuisce alla resistenza dell elemento di giunzione il modello proposto tiene Essendo che il bullone contribuisce alla resistenza dell elemento di giunzione il modello proposto tiene conto dei due contributi (piastra dentata + bullone)(novità rispetto alla vecchia DIN 1052 del 1988)

9 ELEMENTI DI FISSAGGIO A GAMBO CILINDRICO CHIODI I chiodi classici più comunemente utilizzati sono a gambo cilindrico liscio, con testa circolare di diametro generalmente il doppio del diametro del gambo del chiodo. Le lunghezze di questi chiodi variano generalmente da 20 a 30 volte il diametro del gambo. La resistenza minima a trazione dello stelo del chiodo deve essere pari a 600 N/mm2 (par. 6.1 DIN 1052) Chiodi speciali ad aderenza migliorata. Chiodi a vite Chiodi ring

10 VITI DA LEGNO TRADIZIONALI ( tirafondi ) La vite da legno classica comunemente utilizzata e a cui si fa riferimento nelle norme DIN 1052 par. 9 è quella realizzata secondo le specifiche della norma DIN 571, generalmente definita tirafondo. Diametri: i da 6 a 16 mm Acciaio di qualità 3.6 o superiore Preforo pari a 0,7 diametri per la parte filettata e pari al diametro per il gambo

11 VITI MODERNE AUTO FILETTANTI E NON

12 PERNI (o SPINOTTI) I perni sono elementi cilindrici lisci con testa svasata realizzati in acciaio di qualità ST37 o superiore (DIN 1052) infissi in fori di diametro uguale a quello nominale del perno. Tecnologia auto forante

13 BULLONI I bulloni sono elementi cilindrici di acciaio dotati di testa, filettatura, dado e rondella, realizzati con acciai di classe di resistenza 3.6 o 4.8 (DIN 1052) infissi in fori di diametro maggiore di 1 mm rispetto a quello nominale del bullone.

14 ELEMENTI DI GIUNZIONE COMPOSTI

15 TIPOLOGIE STRUTTURALI SEMPLICE COPERTURA A DUE FALDE correntini trave di colmo terzera trave di banchina

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17 COPERTURA A PIU FALDE compluvio displuvio

18 COPERTURA A QUATTRO FALDE CON SVIZZERE

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20 EDIFICIO MULTIPIANO A STRUTTURA INTELAIATA

21 EDIFICIO MULTI PIANO A PARETE PIENA

22 EDIFICIO CON STRUTTURA IN BLOCCHI MASSICCI ( BLOCK HAUS )

23 GIUNZIONI TIPICHE TRA ELEMENTI LIGNEI

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25 Il più semplice e classico schema di posa è quello delle travi secondarie appoggiate sopra le travi primarie Smussando la trave di colmo si crea però un piano inclinato lungo il quale il travetto appoggiato tende a scivolare Esempio: Travetto sezione cm 12 x 16 Interasse travetti m 0,66 Lunghezza travetto m 4,00 Carico complessivo 270 dan/mq V = carico x interasse x lunghezza/2 = 356,4 dan Vn = V cos 17 = 340,8 dan Vp = V sen 17 = 104 dan Aumentando l inclinazione del tetto la componente di scivolamento Vp aumenta La componente di scivolamento deve essere contrastata dalla vite di fissaggio La componente di scivolamento deve essere contrastata dalla vite di fissaggio opportunamente dimensionata

26 Smussando il trave di colmo si ha: 1) Creazione di un piano inclinato di scivolamento 2) Riduzione della sezione resistente della trave principale Soluzione: Sagomare travetto con tappa di appoggio

27 Sempre più spesso si utilizza lo schema costruttivo che prevede il fissaggio dei travetti con l estradosso allineato all estradosso della trave Per esigenze estetiche Per recuperare spazio

28 NODO DI CARPENTERIA CODA DI RONDINE VANTAGGIO: estrema rapidità e facilità di posa in opera PROBLEMATICHE: 1) Resistenza al fuoco bassa (circa R20) 2) Modalità di rottura fragile

29 Scarpe esterne Tabella di capacità portante per sollecitazione su un solo asse Giunzione legno-legno Tipo GH 05 No. Art. Dimensioni scarpa Altezz a trave secondaria larghezza Chiodi Carico ammissibile Interasse trave primaria scanalati *1) Larg. X H A H'N H N Min BH d Na x I NA a Distanza minima Fattore F 1,amm minimo dal bordo forma H H H H *2) H H H H H H min. max. Monolat bilaterale 0,7 <0,7 0,7 <0,7 <0, x x50 21,43 3,26 x f x x50 24,29 3,26 x f x x50 25,71 3,26 x f x x50 27,14 3,26 x f x x50 21,43 3,65 x f x x50 24,29 3,65 x f x x50 25,71 3,65 x f x x50 27,14 3,65 x f x x50 15,71 4,03 x f , x x50 21,43 4,03 x f x x50 24,29 4,03 x f x x50 25,71 4,03 x f x x50 27,14 4,03 x f x x60 15,71 4,42 x f , x x60 21,43 4,42 x f , x x60 24,29 4,42 x f x x60 27,14 4,42 x f x x60 15,71 4,80 x f , x x60 18,57 4,80 x f , x x 60 21,43 4,80 x f , x x60 24,29 4,80 x f , x x60 21,43 5,18 x f ,4 a A a a c

30 Staffe a scomparsa

31 Sistema GIGANT

32 Sistema HVP

33 SISTEMI A FILETTO DOPPIO E CONTINUO

34 Collegamento trave primaria-secondaria Principale applicazione

35 Modalità di funzionamento Assemblaggio legno-legno: legno: i connettori sono sollecitati da forze assiali

36 Connettori sollecitati assialmente Trasmissioni delle forze con viti tradizionali Trasmissioni delle forze con connettori WS

37 Dimensionamento DIN 1052:1988 N Z/D,WT, adm = K (..) X6xsX sg xd dg (kn) Fz Fu Fu UNI EN :1 DIN N Z/D,WT, k = K (..) X 100*10-6 *r 2 x sg x dg (kn) = K (..) X 14 x sg x dg (kn) per ( r = 380 dan/m 3 ) secondo omologazione Z Modulo di scorrimento K ser = K la(a,b) * 1/20 * d * r 1,5 V WT, adm = 2 N Z/D,WT, adm x cos(45 )

38 Dimensionamento a taglio DIN 1052:1988 F v,wt, adm = 17 d 2 s = 17 x 8,2 2 = 1143 N 1,15 kn UNI EN :1 DIN Utilizzare formule modello di Johansen con M y,k = N mm WT 8,2 M y,k = N mm WT 6,5 Prova con quattro connettori a taglio Formazione della rotula plastica Capacità portante secondo il modello di Johansen Riserva di capacità portante per mobilizzazione dell effetto effetto cavo

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42 Disposizione PARALLELA alla Trave SECONDARIA Disposizione PERPENDICOLARE alla Trave PRIMARIA

43 ESEMPIO DI CALCOLO DEL VALORE CARATTERISTICO AD ESTRAZIONE Ipotesi di progetto: Fissaggio: Vite tipo WT - T 8.2 mm x 220 mm, lunghezze filettatura 95 mm, infissa in verticale, ortogonalmente alle fibre. Legno lamellare di conifera GL24h, ρ k = 380 Kg/m 3 f ax,k = 3,6 x 10-3 x 380 1,5 = 26,66 N/mm 2 (f =2357N/mm ax,k 23,57 2 per ρ k = 350 Kg/m 3, GL24c) (f ax,k = 29,88 N/mm 2 per ρ k = 410 Kg/m 3, GL28h) per α = 90 f ax,α,k = f ax,k = 26,66 N/mm 2 sen ,5 cos 2 90

44 Calcoliamo quindi la resistenza caratteristica a estrazione secondo un angolo di inclinazione α = 90 : F ax,α,rk = n ef x (π x d x l ef ) 0.8 x f ax,α,k l ef = 95-8,2 = 86,8 mm n ef = 1 si ha: F ax,α,rk = 1 x (π x 8,2 x 86,8) 0.8 x 26,66 = N = 12,7 kn

45 Ipotesi di progetto n. 1 coppia di WT-T 8.2 x 220 Legno lamellare di conifera GL24h, ρ k = 380 Kg/m 3 f ax,k = 26,66 N/mm 2 α = 45 f ax,α,k = 21,32 N/mm 2 l ef = 95-8,2 = 86,8 mm

46 F ax,α,rk = (π x 8,2 x 86,8) 0.8 x 21,32 = 10194,7 N = 10,19 kn Facendo la composizione vettoriale sul triangolo delle forze la componente verticale della sollecitazione i di taglio risulta pari a: 2 x 10,1919 kn x cos 45 = 14,4141 kn

47 Ipotesi di calcolo: - classe di servizio 1 (interni coperti) - combinazione di carico con peso proprio + carico da neve (breve durata) Il valore di design da confrontare con quello sollecitante sarà pari a: Rd = 14,41 x 0,9 / 1,5 = 8,65 kn

48 ACCOPPIAMENTO DI TRAVI

49 RINFORZO DELLA COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRA

50 RINFORZO DI TRAVI INTAGLIATE

51 RINFORZO DELLA TRAZIONE ORTOGONALE ALLA FIBRA (Carico Appeso)

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53 SISTEMA WB Diametro 16 mm e 20 mm Lunghezza 3 m: successivo taglio della lunghezza desiderata Grande resistenza a trazione dell'acciaio i pari a 800 N/mm² Rivestimento: zincatura galvanica, passivazione blu, senza cromo esavalente. Barra senza testa Adattatore per posa in opera e affondamento nel legno in un unico passaggio

54 APPLICAZIONI Rinforzo di: Travi RASTREMATE Travi CURVE Travi CENTINATE

55 APPLICAZIONI Rinforzo di travi con FORI PASSANTI Rinforzo Travi INTAGLIATE Rinforzo a trazione ortogonale alla fibra: CARICO APPESO

56 POSA IN OPERA PREFORO Le barre filettate filttt WBdiSFSit intec richiedono una preforazione pari al diametro centrale della barra: - WB diam. 16 mm: preforo 12 mm - WB diam. 20 mm: preforo 15 mm Si raccomanda di forare i primi 15 cm con una trapano dotato di supporto, soprattutto per fori lunghi. Preforazioni in profondità: punte con estensione.

57 AVVITAMENTO BARRA WB Per l'inserimento i delle barre si idovrà ricorre ad una trapano ad elevata velocità: WB diam. 16 mm: almeno 150 Nm WB diam. 20 mm: almeno 220 Nm. I trapani a percussione non sono idonei all'uso.

58 Giunzione Portico - Vienna AT

59 Il fissaggio i dei correntini i sul fianco dei travi cantonali di displuvio i può essere agevolmente realizzato mediante l uso di elementi a gambo cilindrico (viti, bulloni, spinotti) Anche in questo caso dopo aver calcolato il carico di taglio da trasmettere dal Anche in questo caso dopo aver calcolato il carico di taglio da trasmettere dal correntino al cantonale, si deve determinare il tipo e la quantità di viti, bulloni o spinotti

60 Viti da legno di nuova generazione: viti autofilettanti HBS (Holz Bau Schraube) Tali viti sono dotate di particolari costruttivi atti a ridurre lo sforzo di infissione da parte degli utensili e di accorgimenti che realizzano il preforo come richiesto dalle normative. Prodotte attraverso un processo di indurimento che tiene conto della forma del filetto Elevati valori del momento di snervamento M y legato al diametro del connettore e alla resistenza a trazione del filo che arriva fino a 1000 MPa, per prevenire possibili rotture della vite durante l infissione Diametri nominali fino a 12 mm Lunghezze fino a 600 mm

61 Comportamento meccanico dell unione con viti (deformazioni e valori del carico ultimo) Connessione di tipo puntuale la resistenza è legata a: rifollamento delle pareti del foro (azione meccanica localizzata dell elemento l metallico sul legno) snervamento del gambo di acciaio del connettore resistenza all estrazione

62 Comportamento t meccanico dell unione con viti RESISTENZA A TAGLIO Effetto fune dato dalla resistenza a Effetto fune dato dalla resistenza ad penetrazione e e della testa della vite estrazione e del filetto

63 Comportamento t meccanico dell unione con viti RESISTENZA A TAGLIO ES: vite HBS con rondella Ø8 mm 30 50% vite senza rondella ATTENZIONE: CON LA RONDELLA UTILIZZARE CORRETTAMENTE L AVVITATORE!!

64 RESISTENZA CARATTERISTICA AD ESTRAZIONE : Resistenza caratteristica ti (DT 206 EC5): Per α=90 Per ρ k = 380 kg/mc f ax,k = 3,6 * 10-3 * 380 1,5 = 26,7 N/mmq F ax, =1*(8 * π * 80)^0,8 * 26,7/1000 =11,7 KN

65 RESISTENZA AMMISSIBILE AD ESTRAZIONE : Resistenza ammissibile ibil (DIN 1052/88 ): 3 Resistenza ammissibile (omologazione): ES: Vite Ø8 x 140: zul N z = 5 x 52 x 8 /1000= 2.08 KN ES: Vite Ø8 x 160: zul N z = 5 x 80 x 8 /1000= 3.20 KN

66 Distanze minime viti Johansen non tiene conto di meccanismi di rottura fragili : le normative per questo impongono spaziature e distanze minime dai bordi e della estremità

67 Distanze minime viti CNR-DT206/2006 B d nocciolo 6 mm d1 [mm] diametro ext filetto d2 [mm] diametro nocciolo 4 5,4 6,4 7 ds [mm] diametro gambo 4,3 5,85 7,05 8 du [mm] diametro testa 11, dk [mm] diametro rondella TX [mm] misura inserto LR [mm] lungh. fresa CNR-DT206/2006 B d nocciolo>6 mm

68 Collegamento con mezzi di unione multipli: Numero efficace a taglio 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 [DT 206/2006 B 7.3] Mezzi di unione disposti parallelamente alla fibra (in fila) CNR-DT206/2006 B d nocciolo 6 mm CNR-DT206/2006 B d nocciolo>6 mm

69 LE PROVE EFFETTUATE IN COLLABORAZIONE CON L UNIVERSITA DI TRENTO Le operazioni di certificazione sono state effettuate mediante una procedura che ha previsto l'esecuzione delle seguenti prove:

70 PROVA DI TRAZIONE MONOASSIALE A ROTTURA (UNI EN 10002/1) Obiettivo: caratterizzazione meccanica dell acciaio La prova viene effettuata asportando dalla vite la testa e il filetto ed afferrando tra le ganasce della macchina la parte liscia del gambo. La forza viene impostata mediante una macchina universale denominata GALDABINI che puo sviluppare una forza fino a 100 KN. Risultati ottenuti: Carico di rottura a trazione F (> 1000 N/mm 2 u e σ u )

71 PROVA DI PIEGAMENTO a 180 Obiettivo: verifica della duttilità Nessuna presenza di cricche

72 PROVE DI ESTRAZIONE DA ELEMENTI IN LEGNO LAMELLARE (UNI EN 1382/2002 ) Tre orientazioni della vite rispetto alla fibra: parallela, tangenziale, radiale. La macchina di prova: Galdabini Per ciascuna direzione si valuta la forza massima necessaria per estrarre le viti dai campioni per profondità di infissione pari a 8,14 e 20 volte il diametro nominale.

73 PROVE DI ESTRAZIONE DA ELEMENTI IN LEGNO LAMELLARE (UNI EN 1382/2002 ) Estrazione di vite inserita parallelamente alle fibre Estrazione di vite inserita perpendicolarmente alle fibre Estrazione cilindro Strappo fibre

74 PROVE DI RESISTENZA A TAGLIO campioni ad un piano di taglio Analisi dei campioni - ELABORAZIONE DATI Setup di prova - MARTINETTO IDRAULICO - TRASDUTTORI INDUTTIVI

75 APPLICAZIONI Il fissaggio dei correntini sul fianco dei travi cantonali di compluvio o di displuvio può essere agevolmente realizzato mediante l uso di elementi a gambo cilindrico (viti, bulloni, spinotti) Dopo aver calcolato il carico di taglio da trasmettere dal correntino al cantonale, si deve determinare il tipo e la quantità di viti

76 APPLICAZIONI Unione di pannelli portanti nelle case in legno

77 APPLICAZIONI Fissaggio di arcarecci su orditura principale Chiusura di giunzioni i nodi di carpenteria possono esssere utilizzati solamente quando possono garantire una sufficiente dissipazione energetica, senza presentare rischi di rottura fragile per taglio o per trazione ortogonale alla fibratura e con la presenza di dispositivi atti ad evitarne la sconnessione ordinanza sismica i OPCM 3431 agg.3/5/2005)

78 ES 1 : giunzione ione diagonale-arcareccio: a eccio DATI: Pendenza falda: 30% = 16,7 Travetti: lamellare GL24h Sezione: 12 x 16 cm Luce in pianta: 3,5 m Interasse: 80 cm Carichi: peso proprio = 1 KN/mq 1 x 0,8 = 0,8 KN/m neve = 3 KN/mq 3 x 0,8 = 2,4 KN/m Combinazione di carico SLU: F d = ɣ G G k +ɣ Q Q neve = 14x 1,4 08 0,8 +15x24=477KN/m 1,5 2,4 4,77 cos 16,7 F d = 4,77 x 3,5/2 = 8,35 KN

79 α F d Angolo forza-fibra: α = ,7 =106,7 GL 24h ρ = 380 Kg/mc t 1 = 60 mm VITE Ø8 VITE Ø10 t 2MIN = 64 mm t 2MIN = 80 mm L MIN = t 1 + t 2MIN = 124 mm L MIN = t 1 + t 2MIN = 140 mm t 2 t 1

80 VITE Ø8 VITE Ø10 Modalità di rottura III: formazione di 2 cerniere plastiche

81 R Vd = R Vk x K mod ɣ m VITE Ø8 R Vd = 3,741 x 0,9 = 2,25 KN 1,50 N viti : F d = 8,35 = 3,71 4 viti Ø8 R Vd 225 2,25 VITE Ø10 R Vd = 5,125 x 0,9 = 3,08 KN 1,50 N viti : F d = 8,35 = 2,71 3 viti Ø10 R Vd 3,08

82 VITE Ø8 a 1 39 a 2 32 a 3,f 67 a 3,c 56 a 4,f 55 a 4,c 24 VITE Ø10 a 1 49 a 2 40 a 3,f 80 a 3,c 67 a 4,f 30 a 4,c 30

83 VITE Ø8 a 1 39 a 2 32 a 3,f 67 a 3,c 56 a 4,f 55 a 4,c Bordo sollecitato Perp. alle fibre Bordo scarico Estremità scarica 39 Parall. alle fibre L vite = spessore travetto + L filetto = = 200 mm