Le giunzioni a scomparsa rappresentano una soluzione fondamentale nella carpenteria in legno moderna, garantendo resistenza statica, affidabilità in condizioni di incendio ed elevata qualità estetica dell'intervento. La scelta di staffe e connettori adeguati, insieme a un calcolo preciso, è cruciale per la sicurezza e la durabilità delle strutture.
L'Importanza delle Giunzioni a Scomparsa nelle Strutture in Legno
Le giunzioni a scomparsa sono quelle che meglio garantiscono resistenza statica, affidabilità in condizioni di incendio ed elevata qualità estetica dell'intervento. Le connessioni metalliche protette, per l'appunto a scomparsa, garantiscono ottima protezione al fuoco. Infatti, il legno è un materiale combustibile che brucia lentamente e in condizioni di incendio, dopo la formazione di uno strato esterno di carbonizzazione, la sezione resistente è sempre efficace e protegge le giunzioni internamente poste.
Sono da preferire le giunzioni a scomparsa rispetto a quelle esterne non protette anche per la riduzione di resistenza in caso di incendio di queste ultime. La diminuzione della sezione lignea dovuta alla carbonizzazione provoca una riduzione della profondità di infissione dei fissaggi, con conseguente pericolo di stabilità.
Il tutto si potrebbe ricondurre alle seguenti considerazioni:
| Tipo di Giunzione | Resistenza al Fuoco (R) |
|---|---|
| Giunzioni protette | R45 (45 minuti) |
| Giunzioni non protette | R15 (15 minuti) |
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Tipologie di Giunzioni a Scomparsa e loro Applicazioni
I collegamenti principali analizzati in questa sezione riguardano collegamenti tra travi principali e travi secondarie. Il sistema di connessione non è un nodo puntuale, ma è costituito da diversi elementi interagenti fra di loro. Nella prima figura a sinistra è palese che l'azione tagliante Fv genera dei momenti parassiti i quali diventano momento torsionale sulla trave principale, sollecitazione di trazione sui fissaggi metallici e compressione laterale sulla stessa trave. Nella figura sono evidenziate anche le sollecitazioni che potrebbero gravare su una giunzione, nelle varie direzioni, e definibili:
- Fv: taglio verso il basso
- Fup: taglio verso l'alto
- Flat: taglio laterale
- Fax: trazione assiale
Tra i sistemi di giunzione a scomparsa disponibili sul mercato, diverse soluzioni offrono risposte specifiche alle esigenze progettuali:
- Connettore a cerniera ALUMEGA: Progettato per giunzioni tra elementi in legno, sottoposto a carichi assiali e di taglio in tutte le direzioni.
- Connettore a scomparsa ad aggancio LOCK: Anche questo utilizzato per giunzioni tra elementi in legno, sottoposto a carichi assiali e di taglio in tutte le direzioni.
- Connettori SHERPA: Sono delle giunzioni a innesto costituite da due parti in alluminio che possono essere unite in un accoppiamento di forma basato su un classico giunto a coda di rondine.
- Staffe Alufix: Sono utili per le giunzioni legno-legno o calcestruzzo-legno.
Metodi e Software per il Calcolo e la Verifica
Per il calcolo e la verifica delle giunzioni, è fondamentale applicare il metodo di calcolo secondo la normativa vigente e l'ETA di prodotto. Diversi strumenti software facilitano questo processo, permettendo di analizzare le resistenze di progetto.
Software per Strutture in Legno
Il software per le strutture in legno è spesso free, e presenta funzionalità utili a facilitare il lavoro del progettista e dell’ingegnere. Grazie a Würth, progettisti e ingegneri possono realizzare il calcolo delle travi in legno con un free software che comprende ben 11 moduli e 4 diverse tipologie di installazione. Per utilizzare il software per le strutture in legno free è sufficiente registrarsi alla piattaforma online dedicata alla quale è possibile accedere in qualsiasi momento. L’utente tramite il software strutture in legno free può inserire sia le sollecitazioni di taglio che di trazione agenti sugli elementi. Il software permette di ruotare tra di loro gli elementi strutturali e sagomare la trave in modo personalizzato. Il nodo è personalizzabile in base alle esigenze specifiche del progetto, potendo variare geometrie, azioni di sollecitazione, materiali e non ultimo l’inclinazione della trave secondaria nel piano verticale ed orizzontale.
Un altro esempio di software utile è quello messo a disposizione dalla Rothoblaas, liberamente scaricabile dal sito ufficiale, previa registrazione. L'autore ritiene la strada del software come quella più veloce, in quanto il programma esegue in automatico le verifiche dimensionali delle sezioni di legno, le distanze tra gli spinotti e il bordo trave.
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Il software di calcolo per sistemi di rinforzo strutturale | Mapei Structural Design
Le Piastre ALU della Rothoblaas
Questo paragrafo è dedicato alla definizione di un percorso per la scelta e la progettazione delle piastre a scomparsa denominate ALU della Rothoblaas. Esistono tre diverse tipologie di piastre a scomparsa ALU:
- ALUMINI (senza fori)
- ALUMIDI (con fori)
- ALUMAXI (con fori)
La scelta di una delle tre tipologie di piastre dipende essenzialmente da due parametri: geometria e resistenza. Per geometria si intende il valore della sezione della trave secondaria. Per resistenza, si intende il valore della resistenza caratteristica a taglio verticale della piastra in funzione della sollecitazione tagliante F. Per il calcolo della piastra ALU MINI si possono adoperare due diverse strade: la prima è quella del calcolo manuale, la seconda è quella dell'uso del programma MY PROJECT messo a disposizione della Rothoblaas.
Connessioni con Viti Incrociate (Rothoblaas VGS e VGZ)
Tra i sistemi di giunzione a scomparsa l'autore ha scelto di analizzare quello della Rothoblaas, costituito da viti VGS e VGZ. Le configurazioni possibili in tale sistema di connessione, tra trave principale e trave secondaria, sono essenzialmente tre:
- Connettori incrociati.
- Connettori paralleli allineati in orizzontale.
- Connettori paralleli allineati in verticale.
Per i connettori incrociati, la Rothoblaas mette a disposizione il programma MyProject per il calcolo di tali tipologie di connessioni tra travi. Le specifiche adottate per il calcolo includono:
- Azione di taglio
- Dimensione della trave principale
- Dimensione della trave secondaria
- Categoria legno
- Inclinazione verticale trave secondaria
- Inclinazione orizzontale trave secondaria
- Numero di connettori VGS
- Lunghezza minima/massima utilizzabile
- Connettore tutto filetto a testa svasata (VGS) usato
Connessioni a Spinotto WS della SFS Intec
Il sistema WS è un sistema di fissaggio a spinotti auto foranti per strutture a più sezioni in acciaio-legno. Gli spinotti auto foranti WS perforano il legno e le lamiere in acciaio con una singola operazione, che riduce drasticamente i tempi di lavoro ed evita la perforatura. È possibile forare fino a tre strati di lamiera dello spessore di 5 mm. Al fine di rendere chiara l'applicazione del sistema WS si riportano le descrizioni necessarie per il dimensionamento della resistenza di carico Rd per ogni spinotto. I parametri e valori relativi al sistema WS della SFS per WS-T sono:
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- Ampiezza taglio
- Spessore lamiera
- Qualità lamiera
- Elemento di fissaggio perpendicolare alle fibre
- Componenti protetti degli agenti atmosferici
- Legno lamellare in conifera GL24h
- Mantenimento delle distanze dai margini ed intermedie
Il sistema WS è idoneo per lamiere in acciaio (perforabilità max 3 x 5 mm) di qualità S235. L'impiego su acciai di resistenza superiore, senza i dovuti accorgimenti supplementari, potrebbe dare luogo a difetti di perforazione. Per tale ragione, prima di effettuare il fissaggio in simili contesti, è indispensabile richiedere la consulenza dei tecnici SFS intec. Per garantire la sicurezza ottimale del sistema, si raccomanda l'utilizzo delle apparecchiature di posa WS della SFS intec. In caso di posa manuale, è indispensabile prestare la massima attenzione al corretto inserimento ad angolo retto dei spinotti WS. I valori di dimensionamento della resistenza di carico Rd in KN per spinotto possono essere rilevati ai sensi della norma DIN 1052:2004-08, paragrafo 12. È da tenere presente che in presenza di uno spessore esterno del legno t1 per via della punta perforante del sistema di fissaggio WS e della parte del legno rimanente estranea alla perforazione è necessario mantenersi ad una distanza di 21 mm. La distribuzione delle forze nelle lamiere dovrà essere sottoposta a collaudo. Con lamiere di spessore 3 mm < tb < 5 mm si dovrà verificare anche la resistenza della svasatura del foro. Nei punti di giuntura si dovranno verificare le tensioni per trazione in sezione trasversale netta. Questa prova dovrà essere condotta separatamente sulla parte centrale del legno ove si caricano le forze esercitate dai spinotti e su entrambe le sezioni laterali del legno. Posizionando più spinotti parallelamente all'orientamento delle fibre i valori di dimensionamento per spinotto Rd devono essere moltiplicati con il numero efficace "nef" secondo le indicazioni della tabella 5. Il numero efficace è stato calcolato per una distanza tra gli spinotti in direzione delle fibre di 35 mm. Se l'apertura della fibra del legno in direzione perpendicolare viene impedita mediante applicazione perpendicolare rispetto all'orientamento delle fibre di dispositivi di rinforzo.
Giunzioni con Connettori a Scomparsa ad Aggancio LOCK
Il Calcolo di una giunzione tra elementi in legno con connettore a scomparsa ad aggancio LOCK, sottoposta a carichi assiali e di taglio in tutte le direzioni, permette l’applicazione del metodo di calcolo secondo normativa seguendo l’ETA di prodotto. È sufficiente inserire i carichi e le dimensioni degli elementi prescelti (travi, connettori, fresate), per verificare ogni possibile meccanismo di rottura e definire le quantità di connettori da utilizzare. Il foglio di calcolo permette di eseguire le verifiche sia per i LOCK in versione grezza che in versione EVO per ambienti aggressivi. Tutte e due le versioni possono essere calcolate con tre varietà di viti: in acciaio inossidabile martensitico, in acciaio al carbonio e con rivestimento C4 EVO.
Collegamenti Legno-Calcestruzzo con Staffe a Scomparsa
La realizzazione di un nodo legno-calcestruzzo con staffa metallica a scomparsa richiede accorgimenti particolari per il dimensionamento. Simona Berzieri, PR (Ingegnere), ha suggerito che per collegare una trave in legno ad un pilastro in c.a. si può utilizzare una scarpa metallica a scomparsa. È importante capire se il legno in quel punto avrà un punto debole e se ci sono testi specifici per il dimensionamento. Sono già presenti parecchie risposte riguardanti il collegamento tra travi in legno e travi o cordoli in c.a. Il taglio della trave in legno si scaricherà sulla scarpa, che a sua volta si scaricherà sulle viti. Questo implica un'attenta analisi della resistenza della scarpa e della sua interazione con il legno e il calcestruzzo. Il modulo esegue il calcolo e la verifica di collegamenti in legno soggetti a sollecitazioni di taglio ed estrazione, realizzati con viti Würth ASSY® per connessioni legno-legno, legno-acciaio e legno-pannello di legno.
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