4 Analisi numeriche
4.9 Gerarchia delle resistenze
La normativa risulta molto carente per quanto concerne la progettazione sismica degli edifici in X-Lam, poiché è un sistema costruttivo che sta avendo sviluppi nell’ultimo decennio. Ci sono delle lacune nella definizione del corretto fattore di struttura q da adottare nelle analisi. Ma soprattutto si osserva una mancanza di un metodo di progetto basato sulla gerarchia delle resistenze per prevenire meccanismi di rottura fragile. Viceversa nei sistemi a parete del tipo micro-telaio (plat-form frame, figura 4.66) queste mancanze sono meno rilevanti in quanto:
Grande esperienza di progettazione mutuata dai paesi del nord-americani;
Capacità dissipativa diffusa e non concentrata in pochi elementi di connessione;
Regole di progettazione specifiche presenti nell’Eurocodice 5.
Figura 4.66: Sistema costruttivo plat-form frame.
Oltre a questo gli edifici del tipo sopra indicato hanno fattori di struttura più elevati poiché posseggono capacità dissipative migliori rispetto alle costruzioni in X-Lam.
Per quanto riguarda le strutture in X-Lam, si approfondisce il concetto di gerarchia delle resistenze, come per le costruzioni in calcestruzzo armato, anche in questa sede si predilige una rottura per comportamento duttile piuttosto che per comportamento fragile. Si riporta una breve panoramica delle rotture fragili che interessano gli elementi principali:
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Rottura fragile hold-down
a)
b) c) d)
Figura 4.67: Rotture fragili hold-down. Immagini tratte da dispensa lezioni e da “Capacity seismic design of X-Lam wall systems based on connection mechanical properties” Gavric et al. 2013.
In figura 4.66 vengono illustrate le tipiche rotture fragili da parte di connettori a trazione: a) Tranciamento della lama in acciaio;
b) rottura del legno; c) estrazione del chiodo;
d) instabilizzazione per azioni cicliche in zona compressa.
Le modalità di rottura sopra indicate risultano estremamente fragili e possono essere evitate solo con una progettazione eseguita in accordo con criteri di gerarchia delle resistenze.
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Rottura fragile angolari
a)
b)
Figura 4.68: Rotture fragili angolari. Immagini tratte da dispensa lezioni e da “Capacity seismic design of X-Lam wall systems based on connection mechanical properties” Gavric et al. 2013.
In figura 4.67 vengono illustrate le tipiche rotture fragili da parte di connettori a taglio: a) Estrazione dei chiodi su angolari che lavorano in trazione;
b) Rottura del legno e estrazione dei chiodi, angolari con rotazione impressa.
Le modalità di rottura sopra indicate, risultano estremamente fragili e possono essere evitate solo con un corretto impiego e fissaggio degli angolari.
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Riassumendo i connettori a trazione, hold-down, presentano una modalità di rottura duttile solo se:
la chiodatura non è sovradimensionata rispetto alla lama metallica, la resistenza della lama deve essere superiore alla resistenza della chiodatura totale dell’elemento;
si sollecita l’hold-down a trazione con scarsi scorrimenti laterali. La sovraresistenza dell’hold-down deve essere pari al 30%.
I connettori a taglio, invece, non riescono mai a presentare una modalità di rottura duttile se:
Sollecitati a trazione e quindi si ha l’estrazione dei chiodi;
si innescano fenomeni di rotazione della squadretta metallica. Anche qui la sovraresistenza dell’angolare deve essere pari al 30%.
I giunti verticali a differenza degli altri due tipi di collegamento, presentano sempre un comportamento duttile se progettati con elementi di connessione snelli come viti o chiodi, e la loro sovraresistenza dovrebbe essere sempre maggiore del 50%.
Figura 4.69: Test su giunto verticale. Immagine tratta “Experimental cyclic tests on cross-laminated timber panels and typical connections” Gavric et al. 2013.
Figura 4.70: Test su giunto verticale, cicli di isteresi. Immagine tratta “Experimental cyclic tests on cross-laminated timber panels and typical connections” Gavric et al. 2013.
Quindi per la progettazione, la rottura governata dagli hold-down e dai giunti verticali definiscono un comportamento duttile, mentre la rottura governata dagli angolari implica
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un comportamento fragile o poco duttile. Da qui nasce il concetto di gerarchia delle resistenze per strutture in X-Lam, dove si evita l’innesco di meccanismi di rottura fragile sovradimensionandoli rispetto a quelli duttili. Si hanno due criteri di gerarchia delle resistenze:
Gerarchia delle resistenze di connessione, dove si evitano rotture fragili della connessione, privilegiando quelle più duttili e dissipative:
la resistenza della lama metallica si ottiene mediante formulazioni dell’Eurocodice 3 per elementi forati soggetti a trazione, mentre la resistenza della chiodatura si ottiene mediante la teoria di Johansen con formulazioni presenti nell’Eurocodice 5 per connessioni legno-acciaio.
In riferimento all’immagine si considera la rottura del chiodo più duttile, andando a definire la sua distribuzione statistica, si utilizzano sempre i valori frattili 5%. Quest’ultimi devo essere inferiori dei valori di resistenza frattili 5% della lama. Quindi si ottiene il fattore γ di sovraresistenza
𝑅𝑑,𝑙𝑎𝑚𝑎 > 1,5 − 2 𝑅𝑑,𝑐ℎ𝑖𝑜𝑑𝑖
Gerarchia delle resistenze di parete, dove si evitano meccanismi di collasso della parete di tipo fragile o scarsamente dissipativi.
Nel caso di parete l’applicazione della gerarchia delle resistenze si semplifica in quanto si devono evitare meccanismi di rottura fragile del sistema pannello-connessione sotto l’ipotesi che le connessioni siano progettate in modo duttile. La gerarchia delle resistenze risulta assicurate se:
𝑅𝑑,𝑝𝑎𝑟𝑒𝑡𝑒,𝐻𝑑 ≤ 𝑅𝑑,𝑝𝑎𝑟𝑒𝑡𝑒,𝐴𝑛𝑔𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖
Negli studi affrontati in questa tesi la gerarchia delle resistenze di parete è stata possibile effettuarla solamente per gli edifici di 3 piani, dove la trazione che si genera sull’elemento connection disposto alle estremità delle pareti ha valori contenuti, per cui si sono aggiunti degli elementi a taglio in ogni parete in modo tale da verificare la relazione precedente. Per le altre tipologie invece, questo approccio non è stato possibile, poiché le sollecitazioni ricavate sono troppo elevate, e di conseguenza, è necessario un numero troppo elevato di angolari che molto spesso non riescono a essere distribuiti nella parete, perché di lunghezza limitata, ad esempio nei nuclei centrali degli edifici oggetto di analisi.
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