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Introduzione

Nelle strutture in legno, l'uso di viti per collegare i diversi elementi è diventato una pratica molto diffusa. I carichi applicati su queste viti possono essere scomposti in una forza di trazione lungo l'asse della vite o in una forza di taglio perpendicolare all'asse della vite. Questo post si concentra sulla resistenza delle viti per la componente del carico che causa una forza di taglio sulla vite. In questo blog post verranno discussi anche i diversi approcci ai codici, EN 1995: 2004, i documenti ETA dei fornitori di viti e l'approccio al codice AS 1720.1:2010.

Volete saperne di più sulla resistenza assiale delle viti? Consultate il nostro post sul blog qui

Tipi di viti

Riferimento: Guida per i progettisti all'Eurocodice 5 Progettazione di edifici in legno EN 1995-1-1 CL 8.7 e EN 14592 

La norma EN 1995:2004 classifica le viti in base alla loro formazione in viti autofilettanti e viti a gambo liscio. Le viti autofilettanti si formano per indurimento dopo la rullatura del filetto. In questi tipi di viti, il diametro esterno è indicato come diametro nominale. Esiste anche una seconda classe di viti che si formano filettando l'asta del gambo originale e che producono una vite il cui diametro del gambo liscio è il diametro nominale. I calcoli della norma EN 1995:2004 per le viti a carico assiale sono gli stessi per entrambi i tipi di viti. 

Figura 1 Viti a gambo liscio e viti autofilettanti in conformità a EN 1995:2004

 

La norma AS 1720.1:2010 prevede che le viti e le viti da carrozza siano suddivise in due sezioni diverse del codice. Le viti hanno di solito un diametro inferiore e una lunghezza maggiore rispetto alle viti da carrozza. 

Approcci progettuali per le connessioni a vite con carico laterale

Approccio EN 1995:2004: Il modello di rendimento europeo

Nell'Eurocodice, la capacità portante caratteristica dei dispositivi di fissaggio metallici a tasselli caricati lateralmente viene calcolata in base alle formule di Johanson. Questi elementi di fissaggio includono viti, bulloni, chiodi, tasselli e graffe. Le modalità di cedimento prevedono il cedimento per incorporazione dell'elemento in legno o il cedimento per snervamento dell'elemento di fissaggio. La resistenza al ritiro influisce anche sulla capacità di carico laterale degli elementi di fissaggio. Nell'Eurocodice, la capacità di carico laterale finale è la somma della parte dell'equazione di Johanson e dell'effetto corda, che è la resistenza al ritiro. 

Per i dispositivi di fissaggio a taglio singolo, esistono sei modalità di rottura. I primi tre riguardano il cedimento del legno a causa del carico laterale applicato. I modi di guasto A e B comportano il cedimento dell'elemento di testa e dell'elemento di punta rispettivamente. Il modo di rottura C comporta il cedimento per incorporazione di entrambe le travi. Nei modi di rottura D ed E, il cedimento della vite si verifica nell'elemento di testa e nell'elemento di punta insieme al cedimento per incorporazione. Nell'ultima modalità di cedimento, F, si verifica il cedimento della vite e il cedimento per incorporazione in entrambi gli elementi. Nei calcoli del modello di snervamento europeo, verranno calcolati tutti i sei modi di cedimento di cui sopra e il modo di cedimento che dà un valore minimo di capacità caratteristica sarà quello che governa.  

Riferimento: EN 1995:2004 Clausola 8.2.2 (1)

Figura 2 Diagrammi EYM per le connessioni legno-legno

Con

Dove, 

FV, RK è la capacità di carico caratteristica per piano di taglio per elemento di fissaggio

ti è lo spessore del legno o della tavola o la profondità di penetrazione, con i uguale a 1 o 2

fh,i,k è la resistenza caratteristica all'incorporazione nell'elemento in legno i

d è il diametro del dispositivo di fissaggio

My,RK è il momento di snervamento caratteristico del fissaggio

è il rapporto tra la resistenza all'incasso delle membrature

Fax,RK è la capacità di ritiro assiale caratteristica dell'elemento di fissaggio

In caso di modalità di guasto diverse da A e B, l'elemento di fissaggio subirà una piccola deformazione. In queste modalità di rottura che comportano lo spostamento del dispositivo di fissaggio, si svilupperà una componente di forza parallela all'asse del dispositivo di fissaggio. Questa forza ha un effetto di serraggio sui due elementi e aumenta la capacità di carico laterale della connessione. Nelle equazioni del modello di snervamento europeo questo viene considerato come effetto corda. 

Per le viti, l'effetto corda è dato come un quarto della resistenza al ritiro assiale delle viti. Questo effetto corda, tuttavia, è limitato ad essere al massimo uguale alla parte di Johanson dell'equazione. Per i diversi elementi di fissaggio a tassello, si considerano percentuali diverse della parte di Johanson come contributo all'effetto corda. 

 

Effetto corda per le viti= min EN 1995:2004 Clausola 8.2.2 (2)

 

Nelle situazioni di connessioni acciaio-legno soggette a carichi laterali, sono stati identificati cinque potenziali modi di rottura. Si tratta di due modalità di cedimento per le piastre di acciaio sottili e di tre per le piastre più spesse. Come negli scenari di connessione tra legno e legno, le modalità di cedimento vanno dal cedimento per incorporazione nel legno, al cedimento del dispositivo di fissaggio o a una combinazione di entrambi".

Nella norma EN 1995:2004, l'approccio progettuale per le viti sottoposte a carichi laterali varia in base al loro diametro. Le viti con diametro inferiore a 6 mm sono trattate come chiodi, dove l'angolo di carico non influenza la loro capacità, implicando una capacità di carico indipendente dall'angolo. Al contrario, le viti con diametro superiore a 6 mm sono progettate come bulloni. In questo caso, l'angolo di carico influisce sulla formula della capacità.

Figura 3 Diagrammi EYM per le connessioni acciaio-legno

Per una lastra di acciaio sottile a taglio singolo:

Per una lastra di acciaio spessa in un singolo taglio:

Nelle equazioni di cui sopra, le equazioni della capacità di carico laterale caratteristica considerano il diametro dell'elemento di fissaggio, lo spessore dell'elemento e la resistenza caratteristica dell'incorporazione in tutte le modalità di rottura. Nei modi di rottura che comportano lo snervamento dell'elemento di fissaggio, si considera anche il momento di snervamento caratteristico. Come già detto, nei modi di rottura che comportano una deformazione dell'elemento di fissaggio si considera anche la capacità di ritiro dell'elemento stesso.
Le equazioni di cui sopra sono generali e possono essere utilizzate per qualsiasi tipo di fissaggio a tasselli.


La resistenza caratteristica all'incorporazione dipende dal tipo di fissaggio. Per le viti con diametro effettivo inferiore a 6 mm, i calcoli della resistenza all'incorporazione saranno effettuati considerando le viti come chiodi, mentre per le viti con diametro superiore a 6 mm, i calcoli saranno effettuati considerando le viti come bulloni. Il diametro effettivo delle viti dipende dal tipo di vite e dal rapporto tra il diametro del filetto interno e il diametro esterno della vite. (Riferimento alla norma EN 1995:2004, clausola 8.7.1).

Per le viti con Per legname non preforato

EN 1995:2004 Clausola 8.3.1.1

Per legno preforato
Per le viti con

 EN 1995:2004 Clausola 8.5.1.1
Dove è α l'angolo del carico rispetto alla fibratura

 

Come si evince dalle formule sopra riportate, per le viti con diametro effettivo superiore a 6 mm è necessario tenere conto dell'angolo di carico rispetto alla fibratura, includendo una regolazione angolare. 

Per le viti con diametro effettivo inferiore a 6 mm, le resistenze all'incorporazione sono indicate come chiodi e il valore dipende dal tipo di legno, dalla densità del legno, dal diametro e dalla preforatura.

Per le viti a gambo liscio, il diametro effettivo della vite sarà pari al diametro del gambo della vite, a condizione che il gambo liscio penetri nell'elemento laterale della punta per non meno di 4d. Per le viti autofilettanti e le viti a gambo liscio che non soddisfano i requisiti di cui sopra, il diametro effettivo della vite sarà pari a 1,1 volte il diametro del filetto interno della vite.

Documenti ETA del fornitore

I fornitori di viti modificano le formule della norma EN 1995:2004 per adattarle alle loro viti specifiche. Per le viti caricate lateralmente, i documenti ETA dei fornitori forniscono una formula per i valori caratteristici di resistenza all'incorporazione. Le formule del Modello Europeo di Snervamento sono applicabili in questo caso con una modifica dell'effetto corda e della resistenza all'incorporazione. L'effetto corda, una funzione della capacità di ritiro, può variare da fornitore a fornitore. Come per la resistenza all'incorporazione, anche le capacità di ritiro sono fornite negli ETA. Gli ETA forniscono anche il diametro effettivo delle viti. Nella norma EN 1995:2004, il diametro effettivo delle viti autofilettanti è indicato come 1,1 volte il diametro della radice, mentre nella maggior parte degli ETA il diametro effettivo è considerato pari al diametro della filettatura esterna delle viti.

 

Approccio AS 1720.1:2010

Nello standard australiano, le capacità di carico laterale caratteristiche delle viti sono ricavate da dati tabulati. Le capacità di progetto vengono poi ricavate dalle capacità caratteristiche moltiplicando le capacità caratteristiche per i fattori di progetto. Per le viti annegate nella direzione della fibratura terminale, è previsto un fattore di orientamento della fibratura pari a 0,6. Il numero di piani di taglio è considerato anche dal fattore di piano di taglio, K14. Per considerare il tipo di materiale sul lato della testa, si introduce un fattore di fissità della testa, K16. Anche il numero di viti è considerato dal fattore K17.

Carichi laterali ad angolo rispetto alla fibratura

Per i carichi angolati rispetto alla direzione della fibratura, seguendo l'approccio abituale, è necessario verificare la resistenza all'incorporazione dell'elemento in legno, nonché la capacità di snervamento e di ritiro del dispositivo di fissaggio rispetto al carico applicato. 

Inoltre, a causa dell'angolo di carico, ci sarà una componente del carico applicato perpendicolare alla direzione delle venature e tendente a spaccare l'elemento in legno. Questa componente del carico applicato deve essere verificata rispetto alla capacità di spacco del legno. Questo aspetto è ben illustrato nella norma EN 1995:2004.

Figura 5 Spaccatura causata dalla componente perpendicolare alla fibratura del carico applicato.

 

Nella norma AS 1720.1:2010, per le viti da carrozza, esistono tabelle di capacità caratteristica distinte per i carichi paralleli e perpendicolari alla fibratura. La capacità per i carichi angolari viene determinata interpolando tra queste due tabelle.

Distanze, distanze dalle estremità e dai bordi

Per la disposizione dei dispositivi di fissaggio a tassello, i diversi codici raccomandano requisiti diversi. La norma EN 1995:2004 prevede un requisito di distanza separato per gli elementi di fissaggio con carico assiale e con carico laterale. Per gli elementi di fissaggio caricati lateralmente, la norma EN 1995:2004 stabilisce i requisiti di distanza in base all'angolo di carico, al diametro degli elementi di fissaggio e alla densità del legno.

Le distanze tra le estremità e i bordi dipendono dal fatto che l'estremità/il bordo considerato sia un'estremità caricata o un'estremità non caricata. I requisiti di distanza sono indicati per un caso generale. 

Figura 5 Requisiti di distanza secondo la norma EN 1995:2004

Analogamente all'approccio seguito per i calcoli, le verifiche dei requisiti geometrici per le viti caricate lateralmente vengono effettuate considerando le viti come chiodi se il loro diametro effettivo è inferiore a 6 mm, mentre i requisiti dei bulloni vengono considerati se il diametro effettivo delle viti è superiore a 8 mm.


I documenti ETA dei fornitori di viti fanno riferimento ai requisiti di distanza e spaziatura previsti dalla sezione chiodi della norma EN 1995:2004 (EN 1995:2004, clausola 8.3.1.2) come requisito generale. Per alcune viti specifiche e per materiali specifici come il CLT, tuttavia, essi forniscono i propri requisiti. 

In entrambi i casi, per i calcoli si considera il diametro nominale della vite.

La norma AS 1720.1:2010 prevede requisiti simili per quanto riguarda la distanza tra le estremità e i bordi e la spaziatura per le viti caricate assialmente e lateralmente. I requisiti non tengono conto dell'angolo di carico. Questi requisiti dipendono dal diametro del gambo delle viti.

Per le viti da carrozza, la norma AS 1720.1:2010 raccomanda di utilizzare i requisiti di spaziatura dei bulloni che considerano in qualche modo l'angolo tra il carico applicato e la fibratura. Esistono due considerazioni generali: quando il carico è applicato parallelamente alla fibratura e quando il carico è applicato perpendicolarmente alla direzione della fibratura. Per i carichi che agiscono con un angolo inferiore a 300 rispetto alla fibratura, i requisiti sono simili a quelli dei carichi paralleli alla fibratura. Per i carichi che agiscono con un angolo compreso tra 300 e 900 rispetto alla fibratura, i requisiti di distanza sono simili a quelli dei carichi che agiscono perpendicolarmente alla fibratura.

Figura 7 Requisiti di geometria su AS1720:2010 per le viti Coach

Il modulo vite con carico laterale in CLT Toolbox

CLT Toolbox ha fornito due moduli separati per le connessioni legno-legno e acciaio-legno a taglio singolo. L'utente ha anche la possibilità di scegliere diversi tipi di legno. Abbiamo anche incorporato diversi fornitori di viti e l'utente può scegliere una vite da un fornitore o inserire manualmente le proprietà geometriche e del materiale della vite. Per le viti inserite manualmente, l'utente ha la possibilità di progettare in base alle norme EN1995:2004 o AS1720:2010. Per le viti selezionate dai fornitori, l'utente può scegliere di progettare in base alla norma EN 1995:2004, al documento ETA del fornitore o alla norma AS1720:2010.
Il nostro modulo legno-legno offre la possibilità di scegliere tra diverse opzioni di inserimento delle viti. Le teste delle viti possono essere annegate all'interno dell'elemento in legno con una lunghezza di annegamento personalizzata, oppure le viti possono essere annegate in modo che la loro lunghezza in entrambi gli elementi collegati sia uguale (opzione di centratura sul piano perpendicolare a tensione orizzontale).

Figura 7 Diversi approcci di viti caricate lateralmente

Le linee guida per la progettazione della EN 1995:2004, i documenti ETA dei fornitori e la AS1720:2010 sono ben seguite nei nostri moduli, con una funzione educativa nella sezione di input. La norma EN 1995:2004 utilizza il modello europeo di snervamento (EYM) per la progettazione di viti caricate lateralmente. Le resistenze di incorporamento su queste formule EYM sono ottenute dalla sezione relativa ai chiodi per le viti con un diametro effettivo inferiore o uguale a 6 mm. Per viti di diametro maggiore, la norma EN 1995:2004 raccomanda di utilizzare le formule sviluppate per i bulloni. L'effetto corda, che è un termine delle equazioni dell'EYM, è dato da un quarto della resistenza al ritiro della vite. Se l'utente sceglie il documento ETA del fornitore per la progettazione delle viti, le resistenze di incorporamento e i calcoli dell'effetto corda sono presi dai documenti ETA del fornitore e le equazioni EYM possono essere utilizzate qui.

Per quanto riguarda la norma AS1720:2010, le capacità caratteristiche vengono lette da valori tabulati in base al diametro del gambo della vite e al gruppo di giunzione del legno utilizzato. 

Anche i controlli della geometria vengono eseguiti secondo le raccomandazioni del codice nei nostri moduli.

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