La verifica dei giunti in un ponteggio è un’operazione molto onerosa per la numerosità delle connessioni. Le sollecitazioni coinvolte nella verifica vanno inoltre riferite al sistema di riferimento locale dell’asta trattenuta. In questo articolo vedremo le tipologie più diffuse di giunto e come trattarle in verifica.

Senza pretesa di esaustività, i principali tipi di giunto in una struttura di ponteggio sono:

a. Giunto girevole, che connette due aste con angolo qualsiasi e con un vincolo di tipo cerniera;

b. Giunto ortogonale, che connette rigidamente due aste ortogonali;

c. Giunto parallelo, che collega due aste mantenendole allineate;

d. Giunto a manicotto, che collega aste allineate coassialmente.

(a)  (b)

(c)  (d)

Schema e nomenclatura delle forze agenti nel giunto girevole (a), ortogonale (b), parallelo (c) e a manicotto (d) – da UNI EN 74-1 e UNI EN 12811-1

La normativa UNI EN 74-1 descrive i requisiti e i procedimenti di prova per i giunti, elencando anche le classi possibili. Prenderemo in considerazione la classe B (resistenze più alte).
La verifica viene descritta al §10.3.3.5 della UNI EN 12811-1 “Attrezzature provvisionali di lavoro - Parte 1: Ponteggi - Requisiti prestazionali e progettazione generale”, con particolare riferimento ai giunti ortogonali e a manicotto. La relazione riportata per i giunti ortogonali può essere facilmente estesa a tutte le altre tipologie. Secondo il §10.3.3.5, formula (10), il rapporto Domanda/Capacità del giunto è:

con   resistenza  a taglio del giunto

  resistenza alla separazione del giunto

  resistenza a torsione/flessione del giunto, con .

Tale formula rappresenta un dominio convenzionale, che fa esplicito riferimento allo scorrimento in 2 direzioni, alla separazione del giunto e alla resistenza alla torsione/momento cruciforme del giunto. In particolare, per lo scorrimento si fa riferimento alla media delle sollecitazioni F_s1 e F_s2 proprie di ogni asta collegata. Questa relazione vale solo per i giunti ortogonali, in quanto si assume la media di F_s1 e F_s2. Da un punto di vista più generale, lo stesso dominio si può scrivere nel modo seguente:

in cui  è la risultante delle forze di scorrimento e  il momento convenzionale risultante. Questa relazione, che ha carattere generale (si pensi ad esempio a quella proposta dalla stessa norma EN riguardo i giunti a manicotto) comprende conservativamente tutti e 3 i meccanismi di collasso del giunto, cioè scorrimento, separazione e rottura per flessione, e verrà applicata alle verifiche di tutti i giunti.

Le resistenze di progetto devono essere reperite dal produttore sulla base delle prove svolte. Come indicazione, la norma EN riporta i seguenti valori:

Prospetto C.1 EN 12811-1
Tipo di giunto		Resistenza [kN o kNm]
		Classe A	ClasseB
Ortogonale	Fsk	10	15
	Mbk		0.8
	Fpk	20	30
A manicotto	Fsk	6	9
	Mbk		1.4
Girevole	Fsk	10	15
Parallelo	Fsk	10	15

La modellazione del giunto è altra questione di fondamentale importanza: il singolo giunto può essere modellato come un elemento “corto” (lungo ad esempio tanto quanto il disassamento fra gli assi dei tubi collegati), oppure può essere considerato come “implicito” nell’asta, cioè incorporato alle sue estremità.
Il modulo Struct di NextFEM Designer supporta entrambe le modalità, e importa automaticamente da PON CAD tutti i giunti modellati, sia come elemento che impliciti.

Nelle righe che seguono vedremo come trattarli in verifica.

Giunto come elemento

NextFEM Designer, con il modulo Struct, permette di trattare un singolo elemento trave come “elemento giunto”. L’impostazione di questa flag viene eseguita automaticamente in caso di importazione del ponteggio da PON CAD, e può essere attivata o disattivata per ogni elemento dalla maschera Modifica/Cambia tipo elemento/ voce Elemento->Giunto.

(a)
(b)

Maschere di selezione e di modifica per gli elementi giunto (a) e dettaglio del modello nel nodo diagonale-montante

Il giunto è modellato come singolo elemento trave “tozzo”, cioè con una sezione trasversale di dimensioni comparabili alla sua lunghezza. Nella figura seguente, la diagonale di facciata si collega al montante attraverso un elemento asta ortogonale allo sviluppo della diagonale, che quindi reagirà a taglio. Riveste particolare importanza la snellezza di questo elemento: più è tozzo, più assorbirà sforzo di taglio, e di conseguenza aumenterà il carico assiale che transita nella diagonale, essendo la struttura iperstatica. Appare un buon approccio utilizzare una sezione trasversale con area più o meno pari a quella del bullone di collegamento, tenendo in debita considerazione anche la luce libera di tale perno.

(a) (b)
(c)

Dettaglio di modellazione importata da PON CAD di elemento (clamp) di collegamento fra montante e diagonale di facciata

A dimostrazione di quanto detto, si riportano in figura precedente anche lo sforzo normale della diagonale di figura (a) dello stesso ponteggio, collegata con elementi giunto avente sezione circolare piena di diametro D=5mm (b) oppure D=50mm (c), a parità di lunghezza dell’elemento giunto (1 volta il diametro del tubo collegato, circa 48mm). Si noti come lo sforzo assiale che transita nell’asta cambi di circa 20 volte.

Accortezze di modellazione a parte, si noti in figura seguente come lo sforzo assiale nella diagonale sia la risultante dei 2 tagli che transitano attraverso l’elemento giunto che la connette al montante. Per la verifica dell’elemento giunto si prendono in considerazione le sollecitazioni riferite ai suoi assi locali x, y e z, orientati come in figura seguente (a).

(a) (b)
(c)  (d)

Assi locali di elementi giunto e diagonale di facciata (a), sforzi assiali per la prima combinazioni di carico SLU (b), taglio Vy (c) e taglio Vz (d)

La risultante dello scorrimento per l’elemento giunto è valutata in fase di verifica dal modulo Struct come:

mentre la forza di separazione è pari a N se è di trazione, altrimenti 0.

Conservativamente, il momento cruciforme è calcolato come il massimo fra le risultanti alle estremità  per rappresentare sia la torsione di morsetti che il momento cruciforme per giunti ortogonali. Tale formulazione particolarmente a favore di sicurezza viene utilizzata poiché, nel caso di giunti a manicotto, la resistenza considerata deve essere associata al momento di equilibrio e quindi non si trova il fattore 2 al denominatore della relazione di verifica. Parimenti per lo scorrimento, poiché per i giunti a manicotto il rapporto fra la risultati dei tiri e una volta la resistenza a scorrimento risulta particolarmente conservativo.

Viene quindi impiegata la formula generale presentata in precedenza per valutare il rapporto Domanda/Capacità del giunto.

In ponteggi multidirezionali prefabbricati, la verifica non è sempre significativa: in genere la resistenza del collegamento montante/diagonale di facciata è sovra-resistente rispetto al carico critico euleriano della diagonale stessa. Il modulo Struct permette una completa personalizzazione dei valori di verifica per permettere al progettista il controllo completo di tali unioni.

Giunto come nodo estremo di un’asta

Il caso più comune di modellazione dei giunti (e anche il meno oneroso in termini di tempo di input del modello strutturale) è sicuramente quello di considerare i giunti come “incorporati” nelle estremità di ogni asta. Si pensi ad esempio ad un ponteggio realizzato interamente in tubo-giunto.

(a)  (b)
Vista assonometrica del ponteggio a tubi-giunti (a) e assi locali di una sua porzione, evidenziata in verde una diagonale (b)

Il modulo Struct, ricevuta l’indicazione delle aste in tubo-giunto da PON CAD (in questo caso tutte, esclusi i montanti), assegna la flag “nodo-giunto” ai nodi di estremità delle stesse aste. In tal modo, sarà possibile individuarle in sede di verifica degli elementi: nella stazione 1 (estremo I) verrà verificato il giunto alla prima estremità, nella stazione 5 (estremo J) quello al capo opposto.

Questo automatismo semplifica e abbrevia di molto le operazioni che il progettista dovrebbe condurre altrimenti per la verifica di ogni giunto. La verifica viene condotta come per gli elementi giunto, avendo cura di ricavare le azioni agenti in modo diverso, sempre secondo gli assi locali dell’elemento collegato.

(a)

(b)

Sforzo assiale (a) e taglio Vy dovuto al peso proprio (b) per la combinazione di carico SLU1 per la diagonale in esame

La risultante dello scorrimento per ogni nodo-giunto è valutata in fase di verifica dal modulo Struct come:

mentre la forza di separazione è pari a , con qualsiasi segno (viene contato conservativamente anche lo schiacciamento del giunto).

Conservativamente, il momento cruciforme è calcolato come  per rappresentare sia la flessione di morsetti che il momento cruciforme per giunti ortogonali. Viene quindi impiegata la formula generale presentata in precedenza per valutare il rapporto Domanda/Capacità del giunto.
Infine, il modulo Struct permette di scludere dalla verifica un meccanismo (ad esempio quello flessionale per i giunti ortogonali di Classe A) impostando la relativa resistenza a zero (es. MBx=0).

Come abbiamo visto, Struct tratta le verifiche dei giunti allo stesso modo, essendo già indifferenziati in ambiente CAD. Questo risparmia all’utente la classificazione in gruppi, che è comunque possibile manualmente con l’obiettivo ad esempio di verificare con parametri resistenti diversi i giunti ortogonali, girevoli, paralleli, ecc.

NextFEM Designer rende possibile la creazione di gruppi, in modo tale che possano essere richiamati in sede di verifica, con il comando Visualizza/Seleziona per gruppi…

(a)

(b)

Nel caso di nodi-giunto, basterà selezionare gli elementi interessati, mentre gli elementi giunto rappresentano già le aste volute. Basterà infine selezionare in fase di verifica il gruppo desiderato, come in figura (b).

La potenza del modulo Struct nel trattare le verifiche dei giunti rende questo strumento un aiuto indispensabile per il calcolo e la verifica di strutture temporanee quali ponteggi e palchi.