Progettazione di collegamenti colonna-fondazione con piastra di base e tirafondi

Questo approfondimento fornisce i principali strumenti per la progettazione dei collegamenti alla base nelle strutture in carpenteria metallica mediante l’impiego di tirafondi. I collegamenti alla base delle colonne devono essere dimensionati affinché vengano trasmesse alla fondazione le sollecitazioni provenienti dalle colonne senza che sia superata la resistenza ultima di ciascun componente e in coerenza con le assunzioni fatte nell’analisi globale della struttura in termini di rigidezza. Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) non esplicitano particolari indicazioni per il calcolo e la verifica del sistema di questi sistemi di ancoraggio alla base. Le principali indicazioni contenute nel presente quaderno fanno principalmente riferimento all’Eurocodice 3, in particolare alla norma UNI EN 1993-1-8.

Come progettare al meglio i collegamenti alla base con tirafondi in strutture di carpenteria metallica

I collegamenti alla base rappresentano un elemento fondamentale nella progettazione poiché costituiscono l’interfaccia fra la struttura in acciaio e la fondazione.

Questo approfondimento fornisce i principali strumenti per la progettazione dei collegamenti alla base nelle strutture in carpenteria metallica mediante l’impiego di tirafondi.

I collegamenti alla base delle colonne devono essere dimensionati affinchè vengano trasmesse alla fondazione le sollecitazioni provenienti dalle colonne senza che sia superata la resistenza ultima di ciascun componente e in coerenza con le assunzioni fatte nell’analisi globale della struttura in termini di rigidezza.

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) non esplicitano particolari indicazioni per il calcolo e la verifica del sistema di questi sistemi di ancoraggio alla base.

Le principali indicazioni contenute nel presente quaderno fanno principalmente riferimento all’Eurocodice 3, in particolare alla norma UNI EN 1993-1-8.

Resistenza delle componenti di base

Per il calcolo della resistenza dei collegamenti di strutture in acciaio è possibile fare riferimento alle componenti di base che li compongono, con riferimento al §6.1.3 della UNI EN 1993-1-8.

Questo paragrafo è dedicato all’analisi delle componenti potenzialmente interessate per i collegamenti alla base delle colonne, che possono essere qui di seguito sintetizzate:

• Componente 1: Flangia e anima della colonna soggetta a compressione;
• Componente 2: Anima della colonna soggetta a trazione;
• Componente 3: Calcestruzzo in compressione;
• Componente 4: Piastra di base soggetta a flessione per effetto della compressione;
• Componente 5: Piastra di base soggetta a flessione per effetto della trazione;
• Componente 6: Tirafondi soggetti a trazione.

Tali componenti verranno utilizzate per il calcolo della resistenza delle piastre di base nei confronti dell’azione assiale, del momento flettente e del taglio, nei successivi capitoli.

Componente 1: Flangia e anima della colonna soggetta a compressione

La risultante della resistenza a compressione di progetto della flangia della colonna e dell’adiacente zona compressa dell’anima della colonna si può assumere che agisca in corrispondenza del livello del centro di compressione.
La resistenza a compressione di progetto combinata dell’anima e della flangia della colonna può essere stimata attraverso la seguente espressione:

F_c,_fc,Rd = M_c,_Rd/(h - t_fc)

dove:

• h è l’altezza della colonna;
• M_c,_Rd è il momento resistente di progetto della sezione trasversale della colonna, ridotta se necessario per tener conto degli effetti del taglio;
• t_fc è lo spessore della flangia della colonna.

NOTA: Se l’altezza della colonna supera i 600 mm L’Eurocodice 3 raccomanda che il contributo dell’anima alla resistenza a compressione sia limitato al 20%.

Componente 3: Anima della colonna soggetta a trazione

La resistenza a trazione di progetto dell’anima della colonna può essere calcolata con la seguente espressione:

F_t,wc,Rd = b_eff,t,wc t_wc f_y,wc/ γ_M0

dove:

• b_eff,t,wc è la larghezza efficace dell’anima della colonna soggetta a trazione, che può essere assunta pari alla lunghezza efficace dell’elemento T (T-stub) equivalente con il quale si schematizza la piastra di estremità inflessa ottenuta dal §6.2.6.5 della UNI EN 1993-1-8 per una fila di bulloni individuali o per un gruppo di bulloni;
• t_wc è lo spessore d’anima della colonna;
• f_y,wc è la tensione di snervamento caratteristica del profilo.

NOTA: i valori della lunghezza efficace e della larghezza efficace di un elemento T (T-stub) equivalente sono valori fittizi di queste lunghezze e possono differire dalle dimensioni finische della componente di base del collegamento che esso rappresenta.
La larghezza efficace b_eff,t,wc può essere calcolata attraverso il T-stub equivalente che schematizza la piastra di estremità inflessa ottenuta secondo i criteri della seguente tabella:

dove i parametri e, m e α possono essere ricavati dalla seguente figura:

Componente 3: Calcestruzzo in compressione, compresa la malta di allettamento

La resistenza di progetto per azioni di contatto del collegamento tra la piastra di base e il supporto in calcestruzzo può essere calcolata con la seguente espressione, tenendo conto delle proprietà del materiale e delle dimensioni sia dello strato di malta sia del calcestruzzo di supporto:
F_C,Rd = f_jd b_eff l_eff

dove:

b_eff e l_eff costituiscono rispettivamente la larghezza e la lunghezza efficace della flangia del T-stub equivalente;
f_jd è la tensione resistente per contatto di progetto del collegamento.

L’area efficace della piastra in compressione (b_eff l_eff) è legata al valore dello sbalzo c che si ottiene dalla resistenza a flessione della flangia soggetta alle pressioni del calcestruzzo uniformemente distribuite f_jd, che rappresenta la resistenza di contatto del giunto. Per la valutazione della larghezza della zona di contatto supplementare c, l’Eurocodice 3 prescrive come lunghezza massima il valore che si ottiene con la seguente relazione:

c ≤ t_fc [f_y / (3 f_jd γM₀)]^0,5

in cui:

• t_fc è lo spessore della flangia del T-stub equivalente;
• f_y è la tensione di snervamento del profilo.
• I valori di b_eff, l_eff e c possono essere ricavati con l’ausilio della seguente figura.

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