Studio analitico-sperimentale sul comportamento a taglio di connettori per il rinforzo di solai lignei mediante cappa collaborante in FRC

The growing need to enhance the structural safety of Italy’s historical building stock has increased interest in strengthening techniques for timber floor systems, which often exhibit material degradation, reduced load-bearing capacity, and limited effectiveness in distributing horizontal actions. Among the most widely adopted solutions, timber–concrete composite (TCC) systems with a collaborating concrete slab provide an efficient method to improve stiffness, strength, and overall structural performance by exploiting the complementary properties of the two materials through mechanical connectors. This thesis aims to analyze and experimentally validate an empirical design equation for assessing the shear behavior of inclined screw connectors (45°) used in TCC slabs with a fiber-reinforced concrete (FRC) topping. An experimental campaign was carried out on 18 laboratory specimens subjected to monotonic push-out tests in accordance with CEN EN-26891:1991, with the objective of determining stiffness, ultimate capacity, and failure modes of the connections. The experimental results were compared with the predictions provided by the existing empirical model, evaluating its reliability and identifying potential improvements. Additionally, the performance of connections using 749A 8×160 FT countersunk screws was examined to gather preliminary data for their possible future application. Despite inherent limitations related to specimen size, simplified boundary conditions, and the variability of timber, the investigation yielded significant insights into the behavior of the connectors and their analytical modelling, contributing to the development of more reliable design criteria for timber–concrete composite structures.

La crescente necessità di migliorare la sicurezza strutturale del patrimonio edilizio storico italiano ha portato a un diffuso interesse verso tecniche di consolidamento degli impalcati lignei, spesso caratterizzati da degrado, perdita di capacità portante e scarsa efficacia nella ripartizione delle azioni orizzontali. Tra le soluzioni maggiormente impiegate, le strutture miste legno–calcestruzzo (TCC) con soletta collaborante rappresentano un metodo efficace per incrementare rigidezza, resistenza e comportamento globale del solaio, sfruttando in modo sinergico le proprietà dei due materiali mediante l’impiego di connettori meccanici. Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare e validare sperimentalmente una legge empirica per la valutazione del comportamento a taglio dei connettori con vite inclinata a 45°, impiegati in solai TCC con soletta in calcestruzzo fibrorinforzato (FRC). A tal fine è stata condotta una campagna sperimentale su 18 provini realizzati in laboratorio, sottoposti a prove di taglio monotone secondo la metodologia CEN EN-26891:1991, con l’obiettivo di determinare rigidezza, capacità ultima e modalità di rottura delle connessioni. I risultati ottenuti sono stati confrontati con le previsioni fornite dal modello empirico esistente, valutandone l’attendibilità e individuando potenziali margini di miglioramento. Contestualmente sono state analizzate anche le prestazioni delle connessioni realizzate con viti 749A 8×160 FT, al fine di acquisire dati preliminari per un loro possibile impiego futuro. Nonostante alcune limitazioni connesse alla natura sperimentale delle prove e alla variabilità del materiale legno, l’indagine ha consentito di ricavare indicazioni significative sul comportamento dei connettori e sulla loro modellazione analitica, contribuendo alla definizione di criteri di progettazione più affidabili per le strutture miste legno–calcestruzzo.