Collegamento colonna-fondazione. Calcolo piastra e tirafondi

Collegamento colonna-fondazione. Calcolo piastra e tirafondi

Le colonne delle strutture in acciaio si collegano alla fondazione, generalmente realizzata in cemento armato, tramite una piastra bullonata ad una contropiastra dotata di tirafondi.

La struttura della piastra con tirafondi e i tirafondi non sono altro che tondi in acciaio, di diametro generalmente da 24 mm in poi (di diametro minore nei casi poco impegnativi), che spesso finiscono ad uncino. I tirafondi vengono annegati nel getto della fondazione e quindi sono in grado di esercitare azioni di trazione o compressione grazie all’aderenza tra acciaio e calcestruzzo.

Vediamo nel dettaglio come procedere con il dimensionamento della piastra e il calcolo dei tirafondi.

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Le sollecitazioni

In sommità, detti tirafondi vengono mantenuti in posizione da una piastra da cui svetta la parte filettata del tirafondo, che serve per bullonare la colonna. Alla base della colonna, viene saldata una piastra forata, che va a collegarsi ai tirafondi e quindi ad essi bullonata.

Ad esempio si può ipotizzare il caso in cui vengono utilizzati 6 tirafondi e solitamente alla base del tirafondo vi è la presenza di barre trasversali che servono ad ancorare meglio il tirafondo stesso al calcestruzzo, in modo da dotarlo di maggiore resistenza per aderenza alle azioni di trazione.

Spesso, al posto delle barre trasversali, si mettono delle vere e proprie traverse in profilato d’acciaio per aumentare la resistenza di aderenza.

In una colonna collegata alla fondazione con le rispettive sollecitazioni di compressione e flessione, talora, specie in zona sismica, si hanno anche sollecitazioni taglianti ma ciò non toglie nulla alla generalità del ragionamento.

La compressione sulla colonna fa nascere delle pressioni tra piastra di base e terreno, che per semplicità considereremo uniformi e di valore p. Dette pressioni tendono ad inflettere la piastra di base, che può essere immaginata come una mensola di luce a, incastrata alla base della colonna.

Sezione e spessore della piastra

Generalmente, al fine di dimensionare la piastra di fondazione, si considera agire la sola azione di compressione N e si stabilisce una pressione ammissibile pari circa a 0,5-0,6 il valore di fck del calcestruzzo di fondazione.

Quindi, detta A l’area della piastra di base si pone:

A ≥ \frac{N} {f_{yk}{(0,5 /0,6)}}

Nota l’area si stabiliscono i lati b ed h in modo da avere:

A = b ∙ h

A tale punto, immaginando la pressione uniforme e pari a αfck con α, per quanto detto compreso tra 0,5 e 0,6, assumendo una striscia di lunghezza unitaria di piastra, si determina il massimo momento flettente dell’incastro di luce a, nel modo seguente:

M = α {f_{ck}}{\frac{a^2} {2}}

Il modulo a flessione della striscia unitaria di piastra, detto t il suo spessore, vale:

W_f = {1}{\frac{t^2} {6}}

Pertanto, detto fyk il carico di snervamento della piastra si ha:

f_{yd}= \frac{f_{yk}}{γ_{M0}} = \frac {M}{w_{f}}

Introducendo le precedenti formule si determina:

t =\sqrt {\frac{3α f_{ck}γ_{M0}}{f_{yk}}}

Se lo spessore assume valori elevati, al fine di contenerlo, si può irrigidire la piastra di base. Gli irrigidimenti creano dei vincoli ulteriori per la piastra che quindi può sopportare il momento flettente con uno spessore contenuto. Inoltre gli irrigidimenti servono anche a rinforzare la colonna alla base, dove spesso si ha il massimo momento flettente.

Calcolo dei tirafondi

Determinata la sezione e lo spessore della piastra, si calcolano i tirafondi. Infatti, detto M il momento flettente e N il carico di compressione alla base, detta m la distanza tra gli assi dei tirafondi, si calcolano le azioni di trazione e compressione sui tirafondi:

F_t = {\frac{M}{m}} – N F_c = {\frac{M}{m}} + N

Con dette forze si possono dimensionare i tirafondi stessi. Infatti detta fyk la tensione di snervamento del tirafondo e fbd la tensione di aderenza acciaio calcestruzzo, può porsi:

πdl_0 f_{bd} = A_{res} f_{yd}

avendo indicato Ares la sezione resistente del tirafondo, che se è filettato non coincide con la sezione nominale, essendo un po’ minore e approssimabile al 75% dell’area nominale.

Dalla precedente formula si può calcolare la sezione del tirafondo essendone l0 la lunghezza ed a tal proposito, l’uncino finale può essere assimilato ad una lunghezza equivalente pari a 20d.

Infine, per quando riguarda la tensione di aderenza, essa può determinarsi nel seguente modo:

f_{bd} = 2,25 η f_ {ctk} /1,5

dove fctk indica la resistenza a trazione del calcestruzzo della fondazione in cui sono annegati i tirafondi e il coefficiente η vale 1 per tirafondi con diametro d fino a 32 mm e (132 – d)/100 per diametri maggiori.

In realtà, la sezione di base costituita dalla piastra che preme contro il calcestruzzo e dai tirafondi può essere studiata come una sezione in cemento armato, con i tirafondi che fungono da armatura.

L’articolo è tratto dal volume “Prontuario operativo di calcolo delle strutture” di Santino Ferretti, edito da Maggioli Editore.

I contenuti a cura della redazione di www.ingegneri.cc sono elaborati e visionati da Simona Conte, Giulia Gnola, Gloria Alberti. Gli approfondimenti tecnici si rivolgono ad un pubblico di professionisti che intende restare aggiornato sulle novità di settore.

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