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30 aprile 2014
LEGNO PREFABBRICATO "TAYLOR MADE" Le connessioni: resistenza statica
Per quanto concerne il comportamento al sisma degli elementi di connessione è opportuno fare alcune considerazioni preliminari. L’evoluzione della tecnica delle costruzioni riguardante gli edifici in CLT e la ricerca sul comportamento statico e sismico condotta in Europa negli ultimi anni hanno permesso di stabilire delle regole di progettazione in campo statico e dinamico. Dal momento che questi edifici hanno una massa molto ridotta rispetto ad edifici di analoghe dimensioni realizzati in calcestruzzo armato, solitamente l’azione del vento è dello stesso ordine di grandezza di quella sismica e non è pertanto trascurabile. Anche in zone a bassa sismicità, la progettazione per azioni orizzontali è quindi estremamente importante.
Un edificio realizzato con elementi in CLT è sostanzialmente una struttura scatolare in cui solai e pareti sono costituiti da diaframmi composti da pannelli in legno massiccio connessi tra loro mediante sistemi di collegamento meccanici. Considerando il comportamento scatolare, quando l’edificio è sottoposto all’azione di un sisma l’energia accumulata viene trasferita dagli orizzontamenti, ipotizzati rigidi nel proprio piano, alle pareti di piano in funzione della propria rigidezza e da queste ai piani sottostanti fino ad arrivare alle fondazioni . Le pareti saranno quindi sollecitate da azioni orizzontali nel proprio piano e soggette, per effetto di queste ultime, ad azioni di scorrimento e sollevamento per le quali andranno verificati i corrispondenti elementi di connessione.
La deformazione di un sistema di chiusura realizzato con pannelli di legno CLT collegato con unioni meccaniche è causata principalmente dalla deformazione delle unioni meccaniche (angolari e piastre hold-down) che può essere dell’ordine di 1 cm, mentre la deformazione del pannello resta inferiore al millimetro, quindi ai fini di calcolo si può schematizzare il pannello come infinitamente rigido nel proprio piano e collegato con unioni meccaniche deformabili.
La rigidezza di ciascuna parete può essere considerata proporzionale alla lunghezza della parete stessa solo se le connessioni, sia quelle verticali fra i singoli pannelli di cui è composta la parete, sia quelle orizzontali tra parete e solai, sono distribuite uniformemente lungo tutte le pareti di ciascun piano.
Le sollecitazioni derivanti dalle azioni sismiche agenti sui vari elementi strutturali possono essere calcolate per edifici rispondenti ai criteri di regolarità strutturale in pianta ed elevazione indicati dalle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 . Diversamente, per edifici non rispondenti ai criteri di regolarità strutturale indicati dalle norme, è necessario procedere con una analisi dinamica, e quindi l’edificio dovrà essere modellato nella sua interezza, schematizzando sia le pareti a pannelli che le unioni meccaniche come diaframmi rigidi. E’ possibile effettuare una modellazione affidabile in campo lineare con appositi software di calcolo strutturale agli elementi finiti disponibili in commercio, schematizzando le pareti come elementi “shell” (a cui vanno opportunamente assegnate le caratteristiche di rigidezza a taglio e a compressione equivalente dei pannelli a strati incrociati) e le connessioni meccaniche mediante elementi biella di rigidezza equivalente. Per garantire il comportamento scatolare è necessario che non intervengano prima cedimenti per la perdita di geometria locale o globale, cioè la “scatola strutturale” non si apra ma resti sempre connessa. A tal fine, alcune connessioni tra i vari elementi strutturali devono possedere un’adeguata riserva di resistenza in modo da rimanere sempre in campo elastico-lineare evitando così eccessive deformazioni. Ciò al fine di consentire, in accordo con il criterio di gerarchia delle resistenze, agli elementi ed alle connessioni un comportamento duttile, finalizzato a dissipare l’energia trasferita dal sisma. In questa tipologia di connessione rientrano: le connessioni tra i pannelli del solaio (in modo da assicurare la quasi assenza di scorrimento relativo e garantire l’ipotesi di diaframma rigido), le connessioni tra il solaio e la sottostante parete (in modo che ad ogni piano ci sia un diaframma rigido al quale le sottostanti pareti risultano rigidamente collegate e che quindi faccia da cintura di piano), le connessioni verticali tra le pareti che si intersecano tra loro, in particolare agli spigoli dell’edificio (in modo che la stabilità delle stesse pareti e dell’intera scatola strutturale risulti sempre garantita).
Gli elementi che invece sono utilizzati per la dissipazione di energia attraverso un comportamento duttile (e che quindi vanno progettati garantendo sufficienti riserve di resistenza) per le relative azioni di progetto sono: le connessioni verticali tra i pannelli-parete, le connessioni a taglio alla base delle pareti, le connessioni hold-down all’inizio ed alla fine di ciascuna parete ed in corrispondenza delle aperture.
Allineandosi al criterio di gerarchia delle resistenze è necessario che gli elementi siano progettati per resistere alle azioni sismiche di competenza, senza effettuare sovradimensionamenti. Risulta infatti di notevole importanza che la resistenza alle azioni orizzontali sia maggiore ai piani bassi e diminuisca ai piani alti in proporzione alla variazione in altezza del taglio di piano. Si deve quindi evitare il sovradimensionamento delle unioni o, almeno, è opportuno adottare un fattore di sovradimensionamento unico per tutti i piani, cercando di ottenere la plasticizzazione contemporanea di tutte le unioni meccaniche. Ciò è fondamentale per garantire il livello di duttilità e di dissipazione dell’intero organismo strutturale. In relazione a questo è opportuno osservare come la resistenza delle connessioni con mezzi metallici di unione a gambo cilindrico (chiodi, spinotti, bulloni, viti) risenta fortemente dell’effetto della laminazione incrociata. Recenti ricerche hanno dimostrato come le tavole incollate perpendicolarmente alla direzione dello sforzo riducano notevolmente il fenomeno dello splitting, cioè la rottura prematura per divaricazione delle fibre, e che pertanto la resistenza a rottura possa risultare maggiore del 50% rispetto a quella calcolata secondo la teoria classica delle connessioni meccaniche descritta dall’Eurocodice 5, qualora la connessione interessi una parte di pannello in cui è presente l’effetto della laminazione incrociata. In alternativa è sempre possibile progettare nell’ipotesi di comportamento scarsamente dissipativo, assumendo per il fattore di struttura il valore di 1,5 senza considerare alcun comportamento duttile. Tuttavia, anche in questo caso, è opportuno rispettare i criteri di gerarchia delle resistenze espressi sul sovradimensionamento di alcune tipologie di collegamento.
da Modulo 388
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