Collegare elementi lignei a murature esistenti: il sistema di connessione diretta

Un sistema di connessione diretto delle coperture sulla base delle prescrizioni del DM 17.01.2018 e della Circolare n. 7/2019

Il §4.4.9 del DM 17.01.2018 precisa che la capacità e deformabilità dei mezzi di unione devono essere determinati sulla base di prove meccaniche, consentendo anche l’impiego di normative di comprovata validità. Nel caso di sistemi di unione di tipo speciale l’impiego è ammesso purché il comportamento sia individuato su base teorico e/o sperimentale. La stessa Circolare del 21/01/2019, n. 7, fornisce ulteriori chiarimenti in proposito.

Frequentemente si pone il problema di collegare elementi lignei a strutture esistenti in muratura e pertanto non è a priori noto il comportamento dell’unione se non utilizzando i principi sottesi alla letteratura tecnico scientifica che tratta l’argomento per casi analoghi ritenuti estendibili (sotto la responsabilità del progettista) a quello in esame. 

Un altro aspetto da considerare è quello che impone al progettista di fornire le modalità di realizzazione e di messa in opera dei sistemi di connessione (§C.4.4.9 – Circ. 7/2019) e impone al direttore dei lavori di verificarli nelle reali condizioni di impiego in opera (§4.4.9 del DM 17.01.2018).

Partendo da queste considerazioni e dalla necessità di analizzare le fasi di lavoro per una corretta posa in opera (anche dal punto di vista della facilità di esecuzione), si espongono i risultati di una serie di prove sperimentali che simulano un sistema di connessione diretto (cosiddetto “a secco”), con alcuni spunti per l’interpretazione e l’utilizzo dei dati sperimentali, al fine di una corretta ideazione progettuale a garanzia dell’efficienza dell’opera.

Schema del comportamento in presenza di azioni sismiche

Analizzando il comportamento di una copertura a 2 falde, soggetta ad azione risultante H in colmo, è possibile riscontrare l’attivazione di un meccanismo di disarticolazione del tipo a quadrilatero articolato piano (Figura 1) che dipende dalla rigidezza del piano di falda K_i.

Figura 1- comportamento del piano di falda

La distribuzione delle azioni r sul perimetro (Figura 1) con risultante R, ha entità variabile in funzione della rigidezza del piano di falda, (Figura 2). Nel caso di rigidezza nulla (Ki = 0) si hanno valori al perimetro pari ad H/4, nel caso di rigidezza infinita (Ki = ∞) il valore è pari ad H/2 mentre nel caso di rigidezza diversa da zero (Ki ≠ 0) il valore tende ad H/3. Nella configurazione con piano di falda rigido (Ki = ∞) si ha un incremento massimo sui bordi di 0,5/0,25 = 2 volte, rispetto alla configurazione con piano di falda a rigidezza nulla; orientativamente i valori che normalmente si riscontrano sono quelli con rigidezza non trascurabile (Ki ≠ 0) con incrementi di 0,3/0,25 = 1,2 volte.

L’efficacia del sistema dipende pertanto dalle connessioni tra gli elementi lignei ma anche dai collegamenti al bordo perimetrale, molto spesso realizzati con la collocazione di un elemento ligneo alla muratura sottostante (Figura 3), evitando cordoli in cemento armato.

Figura 2 – meccanismi di trasferimento del carico – situazioni limite (falda deformabile e non deformabile)

Problematiche connesse ai sistemi di connessione su murature

La problematica delle connessioni ai bordi degli edifici in muratura è spesso connessa alla tecnica di realizzazione che deve garantire un trasferimento efficace dell’azione nel piano degli elementi e frequentemente prevede l’impiego di sistemi con ancoranti, (Figura 3).

Figura 3 – modalità di posa con ancorante

Le modalità di realizzazione (Figura 4) impongono una sequenza di lavorazione connessa alla necessità dell’esecuzione preventiva del foro per la collocazione dell’ancorante e successivamente l’inserimento della connessione.

Pur nel rispetto delle corrette procedure di posa le operazioni non sono agevoli perché prevedono una sequenza organizzata di fasi lavorative tra loro spesso interferenti e fondamentalmente connesse alla necessità di gestione del processo di inserimento della resina di ancoraggio e alla successiva collocazione delle barre.

Figura 4 – sequenze di posa – sistema con ancorante

Il sistema di connessione diretto

La modalità di fissaggio diretta prevede l’inserimento delle connessioni metalliche mediante un procedimento di infissione a rotazione, (Figura 5). L’elemento ligneo viene alloggiato in sede e la barra collocata mediante perforazione, con formazione di preventivi fori (pre fori).

Figura 5 – sequenze di posa – sistema diretto

Come noto, nella letteratura tecnica, il meccanismo di trasferimento a taglio dipende dal tipo di connettore, dal tipo di legno e dal tipo di supporto di ancoraggio. Frequentemente il modello adottato è quello della teoria di Johansen nell’unione legno – acciaio (piastra spessa) a singola sezione resistente (normalmente si utilizza questa “strategia” per tener conto della rigidezza della muratura essendo la teoria di riferimento basata sulla connessione di un elemento comunque rigido).

L’impiego di barre elicoidali in acciaio

Al fine di verificare il comportamento per effetto delle azioni tagliati sono state condotte 4 prove a taglio di barre elicoidali in acciaio del tipo TCS TWIST (Tabella 1) prodotte dalla ditta TCS S.r.l.

Le barre elicoidali grazie alla particolare geometria e all'acciaio inossidabile fortemente incrudito permettono di realizzare una connessione totalmente a “secco” senza l'impiego di resine o malte perché necessitano solo di un tassellatore meccanico. La barra, durante l'inserimento, crea un incisione simile ad una filettatura a passo costante in grado di permettere l'ammorsamento al supporto.

Tabella 1 - barre elicoidali

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