1+1+1+1+1 ≠ 5 !?

Per trasmettere le sollecitazioni sulle pareti provocate dalle forze orizzontali, si utilizzano hold-down (connettori con il compito di impedire il sollevamento delle pareti) e squadrette a taglio (incaricate di impedire la traslazione della parete stessa). Le staffe hold-down vengono poste il più possibile alle estremità della parete in modo tale da massimizzare il braccio e quindi riuscire a sfruttare al meglio la capacità portante della connessione metallica. Per quanto riguarda le squadrette a taglio, esse vengono di norma disposte ad interasse regolare lungo il lato inferiore della parete.

Immagine tratta dal libro del carpentiere

È importante e necessario sottolineare che gli hold-down sono totalmente privi di resistenza a taglio e che per questo il loro utilizzo va limitato alle sole zone dove si ha effettivamente una forza di sollevamento. Un corretto dimensionamento della connessione a terra sta alla base di una buona riuscita di un progetto in quanto rappresenta uno dei punti più delicati.

“Catena” calcestruzzo acciaio legno

Pensando alla connessione calcestruzzo acciaio legno come ad una catena, l’anello più debole determina la resistenza complessiva indipendentemente dalla capacità portante degli altri anelli.

Si devono perciò indagare i meccanismi di rottura a trazione:

• rottura lato legno
• rottura lato acciaio
• rottura conica del cls
• rottura per estrazione
• rottura per splitting

ed i meccanismi di rottura a taglio:

• rottura lato legno
• rottura lato acciaio per taglio puro
• rottura lato acciaio per taglio con flessione
• rottura del bordo
• rottura per pry-out

Indipendentemente dalla tipologia, tutti i sistemi di fissaggio presentano nelle immediate vicinanze della loro applicazione delle tensioni dovute alla trasmissione delle forze a cui sono sottoposti.

La massima resistenza di un ancoraggio si ha se vengono soddisfatte le seguenti condizioni:

• adeguata distanza dai bordi del supporto base;
• adeguata distanza da altri tasselli;
• sufficiente spessore del supporto di base;
• rispetto della profondità di ancoraggio calcolata.

Inoltre c’è da tenere conto che la capacità portante caratteristica di una connessione acciaio-legno dipende dallo spessore delle piastre di acciaio, la cui resistenza dovrà essere verificata. Il carico di collasso di una connessione a gambo cilindrico può essere determinata per mezzo della teoria plastica sviluppata da Johansen. La capacità portante caratteristica per chiodi, bulloni, spinotti e viti, per singolo piano di taglio e per singolo mezzo di unione, dovrà essere assunta come il valore minimo determinato tramite le espressioni definite nel paragrafo 8.2.3 dell’EC5.

Modi di rottura per connessioni acciaio-legno (fonte: EC5, paragrafo 8.2.3, figura 8.3)

Tramite l’utilizzo di un software in linea con ETAG 001 (Edizione 1997) abbiamo voluto provare a confrontare i valori di resistenza di un sistema di ancoraggio singolo con uno a 5 hold-down affiancati.

Primo caso: singolo hold-down con 45 chiodi anker 4,0×60, ancoraggio a calcestruzzo C25/30 non fessurato tramite barra filettata M16 5.8 e resina vinilestere.

Consideriamo adesso il secondo caso: gruppo di 5 hold-down con 45 chiodi anker 4,0×60, ancoraggio a calcestruzzo C25/30 non fessurato tramite barre filettate M16 5.8 e resina vinilestere; interasse tra le barre di 10cm e distanza dai bordi pienamente rispettata.

Quindi con singolo hold-down R_d,cls = 48,48kN mentre con cinque R_3,5 = 102,35kN: in proporzione il gruppo ha resistenza minore del singolo perché è presente l’interferenza che le barre creano tra di loro.
Fosse possibile moltiplicare R_d,cls per il numero di hold-down presenti il suo valore sarebbe pari a

R_3,5 = 48,48 * 5 = 242,40 kN

Mettendo in proporzione questo valore e R_3,5 calcolato dal software si ottiene

102,35/242,40 = 0,42                  quindi la resistenza lato cls ha circa il 60% in meno di efficacia

È quindi chiaro il fatto che un singolo ancorante ha in proporzione una resistenza maggiore del sistema a 5 ancoraggi:

102,35/5 = 20,47 kN/cad            sempre 60% in meno di resistenza di un singolo connettore.

È curioso notare come l’utilizzo di soli 3 hold-down posti a 20 cm di distanza porti al medesimo risultato. Infatti, non solo il baricentro della connessione è il medesimo ma la rottura del cono di cls avviene a 102,35kN, esattamente lo stesso valore ottenuto con 5 barre filettate. Ciò implica che 2 dei 5 hold-down non contribuiscono all’incremento della resistenza della connessione, risultando pertanto completamente superflui.

Considerate le modalità di rottura del calcestruzzo viste prima (adeguata distanza dai bordi e dagli altri tasselli) e i risultati del calcolo di resistenza del calcestruzzo, la seguente configurazione è sconsigliata. La riduzione del braccio data dal distanziamento dei dispositivi di ancoraggio va inoltre ad influire sulla resistenza a ribaltamento della parete.

Per concludere, realizzare una struttura a regola d’arte non prevede necessariamente l’uso eccessivo di sistemi di ancoraggio: questa soluzione, oltre a risultare molto costosa per la committenza, comporterà anche una posa estremamente più laboriosa in cantiere.