Interpretazione di prove sperimentali di una connessione innovativa per strutture antisismiche in legno

The use of wood as a building material has had a significant increase in recent years; this is due to several factors, including the fact that it is an ecological and eco-sustainable material and that it has a high strength / weight ratio that allows it to be used effectively in earthquake-prone areas. The traditional "Platform frame" construction system consisting of frames covered with thin OSB panels has been superseded by a new type of engineered wood called X-Lam, born from two fundamental principles: the union of two construction methods, one widespread in the areas alpine which foresees the use of the resistant elements vertically and the other widespread in Scandinavia which foresees the use of the load-bearing elements horizontally; the other aspect is linked to the use of the raw material, in fact, it was decided to use all the parts of the log, eliminating the areas with defects and, similarly to glulam, gluing the "noble" parts by developing Cross Laminated Timber (CLT ) consisting of layers of boards arranged orthogonally to each other. This technology allows a strong prefabrication as the panels can be used both as a wall and as a floor and the necessary openings can be created directly in the factory. The development of the wood material required a similar development for the metal connections, the wooden elements in fact must be joined together to give shape to the building and connect it to the foundations. Traditionally, the joints are made using nails or screws that connect metal steel elements called "hold-down" and "angle-brackets" used respectively to transfer axial stresses and shear stresses. These connections are created for "platform-frame" type structures and have also been adapted to the X-lam showing some critical issues especially with regard to horizontal actions as the dissipations are concentrated on the connectors and on the wooden panel causing them to break with fragile mechanisms. For this reason, over the last few years different types of connections have been developed and studied trying to shift the energy dissipation on the steel element, which generally exhibits a more ductile behavior. In this thesis, the state of the art relating to the connections developed to date will be initially exposed, then we will focus on an innovative wall-floor-wall connection consisting of a steel or aluminum alloy tube fixed by means of a limited number of pins reporting the experiments and results obtained so far.

L’utilizzo del legno come materiale da costruzione ha avuto, negli ultimi anni, un notevole incremento; questo è dovuto a diversi fattori, tra cui il fatto di essere un materiale ecologico ed ecosostenibile e di avere un rapporto resistenza/peso elevato che gli permette di essere utilizzato in maniera efficace nelle zone a rischio sismico. Il sistema costruttivo tradizionale “Platform frame” composto da telai rivestiti da pannelli sottili in OSB è stato superato da una nuova tipologia di legno ingegnerizzato denominato X-Lam, nato da due principi fondamentali: l’unione di due metodi costruttivi, uno diffuso nelle zone alpine che prevede l’utilizzo degli elementi resistenti in verticale e l’altro diffuso in Scandinavia che prevede di utilizzare gli elementi portanti in orizzontale; l’altro aspetto è legato all’utilizzo della materia prima, si è voluto infatti, utilizzare tutte le parti del tronco eliminando le zone che presentano difetti e, analogamente al legno lamellare, incollando le parti “nobili” sviluppando il Cross Laminated Timber (CLT) costituito da strati di tavole disposti ortogonalmente tra loro. Questa tecnologia permette una forte prefabbricazione in quanto i pannelli possono essere usati sia con funzione di parete sia con funzione di solaio e le forometrie necessarie possono essere create direttamente in stabilimento. Lo sviluppo del materiale legno ha richiesto un analogo sviluppo per le connessioni metalliche, gli elementi lignei infatti, devono essere uniti tra loro per dare forma all’edificio e connetterlo alle fondazioni. Tradizionalmente le unioni vengono realizzate tramite chiodi o viti che connettono elementi metallici in acciaio denominati “hold-down” ed “angle-brackets” utilizzati rispettivamente per trasferire sforzi assiali e sollecitazioni taglianti. Queste connessioni nascono per le strutture tipo “platform-frame” e sono state adattate anche all’X-lam mostrando alcune criticità soprattutto nei riguardi delle azioni orizzontali in quanto le dissipazioni si concentrano sui connettori e sul pannello ligneo portandoli a rottura con meccanismi fragili. Per questo motivo nel corso degli ultimi anni sono state sviluppate e studiate diverse tipologie di connessione cercando di spostare la dissipazione di energia sull’elemento di acciaio, il quale presenta un comportamento generalmente più duttile. In questa tesi, verrà esposto inizialmente quello che è lo stato dell’arte relativo alle connessioni ad oggi sviluppate, successivamente ci si focalizzerà su una connessione innovativa parete-solaio-parete costituita da un tubo in acciaio o lega di alluminio fissato mediante un numero limitato di spinotti riportando le sperimentazioni e i risultati finora ottenuti.