Progettazione sismica degli ancoranti:

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1 Progettazione sismica degli ancoranti: Nuova regolamentazione Europea Ing. Michele Di Sario Field Engineer Manager Hilti Italia S.p.A. 1

2 Agenda L importanza del corretta progettazione L influenza del sisma nella sicurezza degli ancoraggi Tipologia di prove e certificazioni in condizioni sismiche La progettazione europea degli ancoranti sottoposti ad azione sismica 2

3 I grandi terremoti in Europa non sono solo riferimenti storici! Distribuzione degli eventi sismici nel periodo : Fonte: NEIC catalog 3

4 Considerando la sismicità europea, la maggior parte dei paesi richiede progettazione sismica Richiesta progett. sismica La mappa si basa su dati nazionali (per edifici ordinari e suolo di tipo A) e fornisce una prospettiva sulla rilevanza delle nuove linee guida ETA nei diversi paesi. Per informazioni più precise consultare le normative nazionali. 4

5 In Italia, negli ultimi 15 anni, si sono verificati diversi terremoti di magnitudo > 5 Data Regione Intensità Vittime Reggio Emilia Umbria e Marche Messina Bolzano Palermo Molise Emilia Romagna Brescia Isole Lipari Cosenza Abruzzo Parma Emilia Romagna Pollino I risultati di un terremoto: danni economici e perdita di vite umane 5

6 Circa 22 milioni di persone e oltre 5,5 milioni di edifici sono ubicati in zone ad elevato rischio sismico Fonte: ANCE report Ottobre

7 Agenda L importanza del corretta progettazione L influenza del sisma nella sicurezza degli ancoraggi Tipologia di prove e certificazioni in condizioni sismiche La progettazione europea degli ancoranti sottoposti ad azione sismica 7

8 In caso di sisma, gli ancoranti si troveranno sicuramente in zona di calcestruzzo fessurato Quando nel calcestruzzo si generano delle fessure, vi è un alta probabilità che queste interessino la posizione dell ancorante. Sollecitazioni dovute al precarico e all azione sull ancorante Concentrazione di sforzi per la presenza del foro (effetto intaglio) [Test eseguiti a Stuttgart confermano questa tesi] 8

9 Le fessure nel cls comportano una significativa riduzione nelle prestazioni degli ancoranti Se una fessura attraversa la posizione di un ancorante, il trasferimento dei carichi sarà diverso a causa di una distribuzione asimmetrica delle sollecitazioni Piano di fessurazione distribuzione sollecitazioni in cls non fessurato distribuzione sollecitazioni in cls fessurato Questa influenza è tenuta in considerazione nel metodo di progettazione, ma solamente alcuni ancoranti sono in grado di performare in cls fessurato. 9

10 Trazione Taglio Ampiezza fessure Azioni di tipo sismico inducono condizioni ancora più severe per i sistemi di ancoraggio Durante un terremoto, gli ancoranti dovranno far fronte a: Carichi ciclici Fessurazione variabile Specifici test dovranno sia valutare l idoneità dell ancorante ad azioni di tipo sismico sia determinare le resistenze di progetto per trazione e taglio. 10

11 Solo le strutture adeguatamente dimensionate garantiscono la sicurezza Le connessioni strutturali sono essenziali per garantire che la struttura risponda ad un evento sismico in un modo corretta e prevedibile. I sistemi di ancoraggio vengono spesso utilizzati per fissare elementi non strutturali. La loro identificazione è fondamentale per ridurre al minimo i danni ed i costi post-evento. 11

12 Agenda L importanza del corretta progettazione L influenza del sisma nella sicurezza degli ancoraggi Tipologia di prove e certificazioni in condizioni sismiche La progettazione europea degli ancoranti sottoposti ad azione sismica 12

13 Per qualificare gli ancoranti in caso di sisma sono stati definiti due programmi di prove L ancorante destinato ad applicazioni sismiche dovrà essere testato secondo la nuova ETAG 001 Annex E e sarà classificato come segue: Livello di test Categoria sismica C1 Categoria sismica C2 13

14 I test per la categoria sismica C1 riproducono carichi ciclici con fessure di 0,5 mm Trazione N eq = 0.5 N u,m,ref N i = N u,m,ref N m = 0.25 N u,m,ref N u,m,ref = normalized mean tension capacity (C20/25, w = 0.3 mm) Taglio V eq = 0.5 V u,m,ref V i = V u,m,ref V m = 0.25 V u,m,ref V u,m,ref = normalized mean shear capacity (C20/25, w = 0.8 mm) 14

15 I test per la categoria sismica C1 sono similari al programma di test USA Trazione Taglio V s = 50%V u N s = 50%N u V i = 1/2(V s -V m )+V m V m = 25%V u N i = 1/2(N s -N m )+N m N m = 25%N u cycles cycles Calcestruzzo a bassa resistenza Ampiezza fessure: Dw = 0,5 mm 15

16 I test per la categoria sismica C2 riproducono carichi ciclici con fessure di 0,8 mm Trazione Taglio N max 0, 75 N u, m, ref N u,m,ref = normalized mean tension capacity (C20/25, w = 0.8 mm) V max 0, 85 V u, m, ref V u,m,ref = normalized mean shear capacity (C20/25, w = 0.8 mm) 16

17 La categoria sismica C2 prevede anche test su fessure ad ampiezza variabile Serie di test molto più vicino alle condizioni reali che garantiscono prestazioni anche per gli eventi più severi Test con fessure ad ampiezza variabile N w1 0, 4 N u, m, ref N w2 0, 5 N u, m, ref Richiede un telaio di prova altamente sofisticato: 17

18 L idoneità di un ancorante per zone sismiche è chiaramente riportata nel documento ETA (CE) A seconda del tipo di prove, le prestazioni dell ancorante saranno relative alla categoria sismica C1, C2 o entrambe ETA frontespizio* ETA dati tecnici sismici *in the some anchors 18

19 La prestazione sismica in categoria C2 è richiesta per la maggior parte delle connessioni Di seguito le raccomandazioni riportate nel documento EOTA TR045 Elementi non strutturali Elementi strutturali Accelerazion e sismica Classe di importanza II o III Classe di importanza IV Accelerazion e sismica Classe di importanza II, III o IV < 0.05g Not seismic < 0.05g Not seismic 0.05g to 0.1g C1 C2 0.05g to 0.1g C2 > 0.1g C2 > 0.1g Building importance I for >0.05g requires C1 Member states can chose to adopt different recommendations Classe di importanza II o III Classe di importanza IV Edifici ordinari ed edifici di importanza in vista delle conseguenze associate a un collasso (ad esempio scuole, sale di montaggio, istituzioni culturali) Edifici la cui integrità è di vitale importanza per la protezione civile, ad esempio ospedali, caserme dei pompieri, centrali elettriche, ecc 19

20 Oggi sono disponibili i primi approval al mondo per le categorie sismiche C1&C2! Ancorante chimico HIT-HY HIT-Z Ancorante chimico a rapido indurimento Non necessita di pulizia del foro! Ancorante ad espansione HST Progettato per performance eccezioniali in cls fessurato! 20

21 Altri ancoranti approvati secondo la categoria sismica C1 completano la gamma prodotto Ancorante chimico HIT-RE 500-SD + HIT-V Ancorante chimico ad indurimento lento Il primo ancorante approvato secondo ICC-ES Ancorante a vite HUS-H Elevata produttività per applicazioni seriali 21

22 Agenda L importanza del corretta progettazione L influenza del sisma nella sicurezza degli ancoraggi Tipologia di prove e certificazioni in condizioni sismiche La progettazione europea degli ancoranti sottoposti ad azione sismica 22

23 Azoni Resistenza ancorante Il dimensionamento degli ancoranti in zona sismica richiede un nuovo metodo di calcolo Carichi statici Carichi sismici Pre-qualifica ETAG 001 ETAG 001, Annex E Dati tecnici European Technical Approval: ETA Metodo di design ETAG 001, Annex C EOTA TR029 EOTA TR045 Definizione dei carichi Eurocode 1, Eurocode 8 23

24 Disposizioni generali per ancoranti in zona sismica come da EOTA TR045 Configurazioni disponibili come da ETAG Annex C e TR029. Installazioni stand-off (con o senza riempimento) non previste. Solo gli ancoranti con pre-qualifica secondo ETAG Annex E possono essere usati in zona sismica. Se il contributo sismico per la combinazione di carico è 20% non è necessaria alcuna progettazione sismica. Tuttavia, è ancora necessario un ancoraggio approvato sismico. Il calcestruzzo deve essere considerato fessurato fino a prova contraria. 24

25 Il metodo di calcolo prevede tre approcci: a) non considerare la duttilità dell ancorante a1) Capacity Design l ancorante deve resistere al carico corrispondente allo snervamento o alla rottura dell elemento fissato a2) Elastic Design l ancorante deve resistere al carico risultante da un dimensionamento elastico Elementi strutturali fattore di struttura q = 1.0 Elementi non strutturali fattore di struttura q a in funzione dell elemento 25

26 Il metodo di calcolo prevede tre approcci: b) considerare la duttilità dell ancorante b) Ductile Anchor Valido solo per categoria sismica C2 Necessari requisiti aggiuntivi per assicurare la duttilità (ad es. allungamento > 8d) Consigliata per elementi secondari e non strutturali, potrebbe non risultare adatta per elementi strutturali (a causa degli elevati spostamenti non recuperabili) Necessari controlli aggiuntivi per assicurare la rottura lato acciaio 26

27 Le resistenze di progetto derivano dai valori riportati nell ETA e da valori calcolati Trazione Valori di rif. N 0 Rk,seis Valori ETA (C1 or C2) Calcolato come per ETAG 001 Annex C e TR029 Acciaio N 0 Rk,s,seis - Sfilamento N 0 Rk,p,seis - Combinata rottura conica + sfilamento t Rk,seis N 0 Rk,p,seis Rottura conica - N 0 Rk,c,seis N Rk,seis = a gap a seis N 0 Rk,seis N d,seis = N k,seis / g M,seis a seis riportato nel TR a gap = 1.0 (spazio anulare influenza pe il taglio) g M,seis riportato nell ETA 27

28 Le resistenze di progetto derivano dai valori riportati nell ETA e da valori calcolati Taglio Valori di rif. V 0 Rk,seis Valori ETA (C1 or C2) Calcolato come per ETAG 001 Annex C e TR029 Acciaio V 0 Rk,s,seis - Pry-out - V 0 Rk,cp,seis Rottura del bordo di cls - V 0 Rk,c,seis V Rk,seis = a gap a seis V 0 Rk,seis V d,seis = V k,seis / g M,seis a seis riportato nel TR a gap = 1.0 con fori riempiti Dynamic Set = 0.5 senza riempimento fori g M,seis riportato nell ETA 28

29 Il set dinamico raddoppia la resistenza a taglio in condizioni sismiche Il fattore a gap considera il sovraccarico del taglio causato dall impatto tra la barra e la piastra in presenza dello spazio anulare non riempito (fenomeno di martellamento). La resistenza da considerare si modifica nei seguenti modi: senza riempimento Riduzione del 50% con riempimento Nessuna riduzione 29

30 Verifica a carico combinato In mancanza di formule specifiche si utilizza la seguente espressione: N V Sd V V V 1. 0 Rd, seis N Sd N N N 1. 0 Rd, seis 1,0 N N Sd Rd, seis V V Sd Rd, seis 1 0,2 0,2 1,0 V 30

31 Procedura per la progettazione sismica Selezionare l ancorante in base alla categoria sismica (C1 o C2) Secondo l accelerazione al suolo e la classe di importanza dell Eedificio Definizione dei carichi secondo normativa Calcolo delle resistenze di progetto + carico combinato (TR045) Considerato quanto riportato nell ETA Verifica, se richiesta allo stato limite di danno (SLD), degli spostamenti ammissibili 33

32 Grazie per l attenzione. 34