Fissaggio in legno

Di Robert Leichti, PhD Chiodi e viti di piccolo diametro (vale a dire meno di 6 mm [0,23 pollici]) sono vitali per le prestazioni della costruzione di telai in legno. Questi elementi di fissaggio (Figura 1) svolgono un ruolo cruciale in:

Il National Building Code of Canada (NBC) fornisce indicazioni prescrittive per il fissaggio delle tipiche costruzioni con struttura in legno. Allo stesso tempo, la Canadian Standards Association (CSA) O86-09, Engineering Design in Wood, fornisce metodi di analisi razionali basati sulla meccanica per la progettazione ingegneristica. Entrambe queste risorse si basano su CSA B111, Wire Nails, Spikes e Staples, come specifica di riferimento per gli elementi di fissaggio azionati di piccolo diametro. Questo standard è stato approvato per la prima volta nel 1974 e, sebbene sia stato riaffermato solo nel 2003, non è stato aggiornato. Di conseguenza, CSA B111 è stata una guida utile per gli elementi di fissaggio motorizzati, ma non rifletteva i numerosi cambiamenti avvenuti a partire dai primi anni '70. Questi includono l'uso generale di chiodatrici elettriche e dispositivi di fissaggio progettati per essere installati con esse, modifiche ai trattamenti chimici del legno, condizioni corrosive associate a tali sostanze chimiche e rivestimenti resistenti alla corrosione. Ora la CSA B111 è stata ritirata, lasciando NBC e CSA O86-09 senza uno standard di riferimento per i chiodi.

Nel CSA O86-09, le viti per costruzioni in legno sono specificate in base all'American Society of Mechanical Engineers (ASME) B18.6.1, viti per legno (serie in pollici) e ASME B18.2.1, bulloni quadrati, esagonali, esagonali pesanti e con testa storta e Viti esagonali, esagonali pesanti, con flangia esagonale, a testa lobata e viti a testa esagonale (serie in pollici). Questi standard sono attuali e sono stati periodicamente riaffermati. Sono ora disponibili molte viti per legno brevettate che sono più efficienti delle viti per legno e da legno standard. Tuttavia, le viti proprietarie non sono necessariamente conformi agli standard ASME.

Gli standard degli elementi di fissaggio e i prodotti stessi sono cambiati, così come l’ambiente soggetto a corrosione e i materiali in legno. I prodotti in legno ingegnerizzato (EWP), come il legname composito strutturale (SCL), i pannelli strutturali in legno (WSP) e i travetti a I in legno sono tipici della costruzione contemporanea a telaio leggero. Il fissaggio di questi materiali richiede attenzione agli aspetti fondamentali per garantire che le connessioni funzionino come previsto. Una questione vitale è l'uso del corretto peso specifico (cioè densità relativa) nella progettazione della connessione con EWP.

Infine, le formulazioni dei prodotti chimici per il trattamento del legno volti a prevenirne la decomposizione hanno subito importanti cambiamenti nell’ultimo decennio. I cambiamenti sono stati guidati dalla riconosciuta tossicità umana di alcune formulazioni e dalle minacce normative. I nuovi e comuni prodotti chimici per il trattamento del legno creano un ambiente più corrosivo per gli elementi di fissaggio in metallo rispetto ai precedenti prodotti chimici per il trattamento. La zincatura pesante, la zincatura in combinazione con rivestimenti barriera e l'acciaio inossidabile sono soluzioni per la resistenza alla corrosione, ma le specifiche corrette degli elementi di fissaggio sono importanti per soddisfare i requisiti prestazionali.

Questo articolo mira a fornire una raccomandazione per il CSA B111 ritirato, riconoscere le viti per legno proprietarie ed elevare l'importanza della densità relativa e della resistenza alla corrosione durante la progettazione e le specifiche dei dispositivi di fissaggio.

Design della connessione di piccolo diametroUna panoramica dei codici e degli standard di riferimento, NBC e CSA O86-09, per il fissaggio di piccolo diametro è mostrata nella Figura 2. Le tabelle NBC forniscono una guida per i requisiti prescrittivi di fissaggio mentre le sezioni CSA O86-09 delineano le analisi per la progettazione del legno ingegnerizzato.

La progettazione tipica della connessione per elementi di fissaggio di piccolo diametro include l'analisi della resistenza all'estrazione, della resistenza laterale (a taglio) e della trazione della testa per alcuni chiodi e viti (Figura 3). I programmi di fissaggio prescrittivi della NBC si basano su requisiti non dichiarati riscontrati nei dettagli delle sezioni CSA O86-09 applicabili (Figura 4). Ad esempio, le proprietà calcolate e i programmi di fissaggio prescrittivi presuppongono:

Altri requisiti possono essere trovati nelle sezioni applicabili di NBC e CSA O86-09.

L'analisi ingegneristica delle connessioni caricate lateralmente richiede che il professionista della progettazione risolva una serie di equazioni generalmente denominate "equazioni limite di snervamento", correlate a diversi meccanismi di snervamento. Il meccanismo di controllo potrebbe essere il cedimento del legno o la rotazione rigida dell'elemento di fissaggio, oppure la flessione dell'elemento di fissaggio con schiacciamento del legno. Le equazioni si basano sulla meccanica ingegneristica e le variabili includono: