Nel seguito descriviamo la procedura di calcolo proposta da Studio Technica per il dimensionamento e la verifica di collegamenti acciaio-legno con viti.
Abbiamo un foglio di calcolo specifico per questa verifica
STW2018-VitiAcciaioLegno
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Ipotesi applicative
Il metodo proposto considera viti a gambo cilindrico di diametro massimo pari a 30mm e lunghezza di infissione della parte filettata pari ad almeno 6 volte il diametro.
t1 ≥ 6 d
Le verifiche previste dall’Eurocodice 5 quali: capacità allo strappo della testa della vite; resistenza all’attraversamento dell’elemento da parte della testa della vite; resistenza a trazione della vite e rottura lungo il perimetro di piastre in acciaio collegate con più viti devono essere effettuate in separata sede o certificate dai produttori.
Il tipo di collegamento è quello di una unione a singolo piano di taglio.
La resistenza caratteristica a trazione minima della vite fuk è 600 MPa quindi si devono utilizzare viti classe 6.8 o superiori.
In tutte le formulazioni proposte si trascura l’effetto cordata e si riferiscono i calcoli ad una singola vite.
Individuazione della tipologia della piastra
Per prima cosa si identifica la tipologia della piastra valutando lo spessore t della piastra di acciaio, il diametro d della vite e la tolleranza del foro sulla piastra.
Calcolo della resistenza assiale allo sfilamento o estrazione
Si verifica che la lunghezza di infissione della parte filettata sia almeno pari a 6d e poi si calcolano i valori di fax,k, fax,α,k, nef e Fax,α,k.
fax,k = 3,6 · 10–3 ρk1,5
fax,α,k = fax / (sen2α + 1,5 cos2α)
Fax,α,Rk = nef (π d lef) fax / (sen2α + 1,5 cos2α)
nef = 1
Calcolo della resistenza laterale
In funzione del diametro della vite si individua la procedura di calcolo da utilizzare. Se il diametro d e maggiore di 6 mm si utilizza la formulazione valida per i collegamenti con bulloni altrimenti quella per collegamenti con chiodi.
Nei calcoli di utilizza un diametro efficace def che vale d, se la lunghezza di infissione del gambo tgl è almeno 4d e il diametro della filettatura df è uguale al diametro della parte liscia, altrimenti, in tutti gli altri casi, vale 1,1df.
def = d (se df = d e tgl ≥ 4d)
def = 1,1 df (in tutti gli altri casi)
Per piastre sottili la capacità resistente laterale Fv,Rk di una singola vite è pari al valore minimo tra quelli calcolati per i modi di rottura a e b.
Fv,Rk (a) = 0,4 fh,k Lin def
Fv,Rk (b) = 1,15 (2 My,Rk fh,k def)1/2
Fv,Rk = min (Fv,Rk (a) , Fv,Rk (b))
Per piastre spesse la capacità resistente laterale Fv,Rk di una singola vite è pari al valore minimo tra quelli calcolati per i modi di rottura c, d ed e.
Fv,Rk (c) = fh,k t1 def
Fv,Rk (d) = fh,k t1 def {[2 + 4 My,Rk / (fh,k def t12)]1/2 - 1 }
Fv,Rk (e) = 2,3 (M*y,Rk fh,k def)1/2
Fv,Rk = min (Fv,Rk (c) , Fv,Rk (d) , Fv,Rk (e))
Per piastre di spessore intermedio il valore si ottiene per interpolazione dei valori calcolati per le piastre sottili e le piastre spesse, quindi se definiamo Fv,Rk(I) il valore calcolato per le piastre sottili e Fv,Rk(II) il valore calcolato per le piastre spesse si ha:
Fv,Rk = Fv,Rk(I) + (Fv,Rk(II)- Fv,Rk(I)) (t - 0,5 d ) / 0,5 d
Resistenza a rifollamento di chiodi
Per i chiodi la resistenza a rifollamento vale:
fh,k = 0,082 ρk def–0,3 - senza preforatura
fh,k = 0,082 (1 - 0,01 def) ρk - con preforatura
Resistenza a rifollamento dei bulloni
Per i bulloni la resistenza a rifollamento viene valutata in funzione dell’angolo α formato tra la direzione dell’orditura delle fibre e la direzione di applicazione del carico ed in funzione della tipologia del legno (conifere, latifoglie e LVL).
fh,0,k = 0,082 (1 - 0,01 def ) ρk
k90 = 1,35 + 0,015def per legno di conifere
k90 = 1,30 + 0,015def per LVL
k90 = 0,90 + 0,015def per legno di latifoglie
fh,α,k = fh,0,k / (k90 sen2α + cos2α)
Calcolo del momento di snervamento
Dato che vengono utilizzate viti a gambo liscio di classe 6.8 o superiori il momento di snervamento caratteristico My,Rk vale:
My,Rk = 0,3 fuk d2,6
Calcolo delle resistenze di progetto
I valori di progetto delle resistenze vengono calcolati come:
Xd = kmod Xd / γM
Per cui si ha:
Fax,Rd = kmod Fax,α,Rk / γM
Fv,Rd = kmod Fv,Rk / γM
Il coefficiente kmod è funzione della durata del carico. Il coefficiente di sicurezza γM vale 1,5 come indicato sia nella NTC che nell’Appendice nazionale all’Eurocodice.
γM = 1,5
Verifica di resistenza
Le verifiche di resistenza vengono effettuate che i vlaori sollecitanti di progetto siano inferiori ai valori resistenti.
Fax,Ed ≤ Fax,Rd
Fv,Ed ≤ Fv,Rd
Nel caso in cui la vite sia sollecitata con una combinazione assiale e laterale deve essere soddisfatta la relazione seguente:
(Fax,Ed / Fax,Rd)2 + (Fv,Ed / Fv,Rd)2 ≤ 1
Riferimenti Bibliografici
[1] D.M. 17.01.2018 - Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni, Ministero Infrastrutture e Trasporti
[2] Circ. Min. n.7 del 21.01.2019 - Istruzioni per l’applicazione … , Ministero delle Infrastrutture e Trasporti
[3] UNI EN 1995–1–1:2014 - Eurocodice 5: Progettazione delle strutture di legno - Parte 1–1: Regole generali …
[4] APPENDICE NAZIONALE ITALIANA alla UNI EN 1995–1–1:2005