Una particolare connessione legno-calcestruzzo: analisi sperimentale e simulazione numerica

ABSTRACT
Si presenta una nuova tipologia di connessione per la formazione di una struttura composta legno-calcestruzzo, tra una trave di legno lamellare, di sezione rettangolare, dotata di una particolare fresatura ad incastro e di denti in legno, e un getto di completamento in conglomerato cementizio eseguito in opera, realizzata mediante l’utilizzo di malta cementizia antiritiro ad alta resistenza e di un traliccio in acciaio elettro-saldato. La validità del sistema di connessione descritto è dimostrata mediante un’adeguata serie di indagini sperimentali, che hanno consentito anche di determinarne rigidezza e resistenza del sistema. Lo studio sperimentale è stato effettuato in due fasi: dopo una prima campagna sperimentale nella quale sono state studiate diverse soluzioni ai fini di un’analisi dell’influenza dei vari parametri sul comportamento, in una seconda fase l’attenzione si è concentrata sulla ricerca della soluzione ottimale anche a mezzo di una accurata modellazione numerica.
 
1 INTRODUZIONE
Com’è noto, nelle travi composte e in particolare quelle legno – calcestruzzo, si cerca di sfruttare al meglio le caratteristiche dei materiali componenti: alla soletta in c.a. sono affidati gli sforzi di compressione per quanto riguarda il comportamento flessionale, di ripartizione dei carichi e di diaframmatura (comportamento per azioni nel piano di solaio), mentre all’elemento ligneo sono affidati sforzi prevalentemente di trazione e di flessione. Tale collaborazione, però, è garantita soltanto se tra i due elementi non si verificano significativi scorrimenti. Pertanto, il comportamento statico della sezione composta legno-calcestruzzo è influenzato dalle rigidezze flessionali ed assiali degli elementi componenti ma anche dalla rigidezza specifica k della connessione tra di essi; tale comportamento è sempre compreso tra i due casi estremi di rigidezza nulla (k=0, sforzi di scorrimenti nulli) e di rigidezza infinita (k=∞, massimo sforzo di scorrimento trasmesso).
La possibilità di adottare sezioni miste legno - calcestruzzo è contemplata anche da recenti normative nazionali le quali, con riferimento al solaio, prescrivono che, affinché questo possa essere considerato infinitamente rigido nel proprio piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistente, debba presentare una soletta in c.a., di spessore almeno pari a 50 mm, collegata da connettori a taglio agli elementi in legno. In relazione a ciò, è anche bene ricordare che non è preclusa la possibilità di “altre soluzioni costruttive”, per le quali “l'ipotesi di infinita rigidezza dovrà essere valutata e giustificata dal progettista”.
Al riguardo le Istruzioni CNR-DT 206 [2] recitano: “la connessione tra soletta e trave in legno va realizzata con sistemi dei quali sia stata dimostrata la validità per mezzo di adeguate campagne sperimentali condotte secondo le pertinenti norme. La rigidezza Kser e la capacità portante Fv,Rk della connessione trave-soletta dovranno essere determinate tramite prove sperimentali e sulla base di teorie di comprovata validità che tengano conto delle specifiche caratteristiche della connessione così come sarà utilizzata in opera”. Le stesse istruzioni forniscono prescrizioni sulla rigidezza e resistenza di connessioni realizzate con denti di calcestruzzo disposti entro opportune fresature nel legno e ottenuti mediante lo stesso getto della soletta. In tal caso la resistenza della connessione dipende dalla resistenza a scorrimento longitudinale e a flessione locale del legno indebolito dalle fresature, dalla resistenza a taglio e flessione del dente di calcestruzzo e dalla resistenza a rifollamento del legno. In ogni caso, la valutazione della rigidezza della connessione dovrà tener conto del reale comportamento sperimentale. Le medesime Istruzioni CNR-DT 206 ammettono ancora la possibilità di utilizzare “altri sistemi di connessione purché la resistenza e la rigidezza vengano chiaramente individuate su base sperimentale e teorica”.
La memoria presenta una nuova tipologia di connessione legno-calcestruzzo che trova facile applicazione nel settore dei solai. Come richiesto da normativa, la validità del sistema di connessione tra soletta e trave in legno è stata dimostrata per mezzo di adeguate campagne sperimentali, che hanno consentito anche di determinarne rigidezza e capacità portante. In particolare lo studio sperimentale è stato effettuato in due fasi: dopo una prima campagna sperimentale nella quale sono state prese in esame diverse soluzioni, una seconda campagna si è focalizzata sulla soluzione che appariva più promettente. Lo studio è stato supportato anche da un’accurata modellazione numerica.
 
2 CONNESSIONE LEGNO-CALCESTRUZZO
Il sistema di connessione in esame è riferito ad un elemento di trave in legno lamellare, di sezione rettangolare, dotato di una particolare fresatura ad incastro e di denti in legno lungo il tratto centrale (Figura 1), e al getto di completamento in conglomerato cementizio eseguito in opera: tale sistema si realizza mediante l’utilizzo di malta cementizia antiritiro ad alta resistenza e di un traliccio in acciaio elettro-saldato. Più in dettaglio la costruzione del sistema avviene in due fasi: nella prima, nella scanalatura dell’elemento in legno lamellare determinata dalla fresatura ad incastro e dai denti di legno, viene gettata la malta a stabilità volumetrica fino al quasi totale riempimento della fresatura e, a malta ancora fluida, viene inserito meccanicamente il traliccio; nella seconda, avviene il getto della soletta. La prima fase ha luogo sempre in stabilimento, a garanzia della qualità delle operazioni, la seconda quasi sempre in opera. Val la pena osservare che la presenza del traliccio, inserito nella fresatura, inibisce il distacco tra i due elementi componenti sul piano verticale.
 
 
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