Dimensionamento sismico degli ancoranti: Nuova Linea Guida Europea EOTA TR045

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1 Dimensionamento sismico degli ancoranti: Nuova Linea Guida Europea EOTA TR045 Ing. Marco Natale Field Engineer Hilti Italia S.p.A.

2 Agenda L importanza del dimensionamento sismico L influenza del sisma sulla sicurezza degli ancoranti Test e approval per carichi sismici Progettazione di ancoranti soggetti a carichi sismici

3 Terremoti importanti sono molto più frequenti di quanto si pensi usualmente 1906 San Francisco earthquake New Zealand M7.8 Chile M8.8 Japan M9.0 Sumatra M8.6 Indonesia M7.6 Mexico M7.2 New Zealand M6.3 China M5.5 Italy M6.3 Haiti M7.0 Spain M5.3 Iran M6.4 Samoa M8.1 New Zealand M7.0 Turkey M7.1 Chile M7.1

4 Terremoti importanti in Europa non sono avvenuti solo in un passato remoto Terremoti avvenuti nel periodo : Source: NEIC catalog

5 Molti stati europei richiedono una progettazione sismica, in accordo alle normative nazionali The map above is based on national earthquake data (for ordinary buildings and ground type A) and provides perspective on the relevance of the new ETA guidelines in various countries. For more precise information see national regulations.

6 Anche per progetti internazionali si deve prestare attenzione alla progettazione sismica World seismic hazard map: peak ground accelerations for design (PGA) Source: Global Seismic Hazard Assessment Program

8 Data la natura dell azione sismica gli ancoranti sono posizionati in calcestruzzo fessurato Quando si formano le fessure nel calcestruzzo, vi è un alta probabilità che esse intercettino gli ancoranti per via di: - Stati tensionali derivanti dal serraggio e dal carico sull ancorante - Concentrazione delle tensioni dovuta alla presenza del foro nel calcestruzzo (effetto di intaglio) [Prove eseguite nei laboratori di Stoccarda confermano queste ipotesi]

9 L apertura di fessure nel calcestruzzo modifica la performance dell ancorante Quando una fessura intercetta l ancorante, cambia il modo di trasferimento del carico per via di una distribuzione non simmetrica di carichi sull ancorante. crack plane Distribuzione di sforzi in calcestruzzo non fessurato Distribuzione di sforzi in calcestruzzo fessurato Questa influenza è già considerata nelle linee guida, ma solo alcuni ancoranti sono idonei per calcestruzzo fessurato.

10 Carichi sismici inducono condizioni molto severe sugli ancoranti Durante un terremoto gli ancoranti devono far fronte a: Aperture di fessura con ampiezza variabile nel tempo Carico variabile nel tempo Crack width Tension Shear Campagne specifiche di test devono essere eseguite per valutare: 1) Adeguatezza di un ancorante per condizioni sismiche 2) Resistenza di progetto a taglio e a trazione

11 Solo strutture ed elementi costruttivi progettati per carichi sismici garantiscono la sicurezza Connessioni strutturali realizzate con ancoranti devono essere attentamente studiate al fine di garantire che, in caso di sisma, la struttura si comporti nella maniera prevista da progetto. Gli ancoranti sono spesso utilizzati per il fissaggio di componenti non strutturali. Il loro corretto dimensionamento è essenziale per minimizzare i rischi alle persone e I costi di riparazione.

13 Sono state definite due campagne di test per valutare la performance sismica degli ancoranti Ogni ancorante per applicazioni sismica dovrà essere testato secondo il nuovo ETAG 001 Annex E e sarà così classificato: Requisiti del test sismico Categoria di performance sismica C1 Categoria di performance sismica C2

14 Categoria sismica C1: cicli di carico e calcestruzzo con fessure di ampiezza 0,5mm Test severi, ma meno di quelli richiesti per la categoria C2 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)

15 Categoria sismica C2: aperture di fessura molto più severe Test in cls fessurato con w = 0,8 mm e rilevamento delle deformazioni Trazione N max 0, 75 N u, m, ref Crack cycling N w1 0, 4 N u, m, ref N u,m,ref = normalized mean tension capacity (C20/25, w = 0.8 mm) N w 2 0, 5 N u, m, ref Taglio Requires a highly sophisticated test frame: V max 0, 85 V u, m, ref V u,m,ref = normalized mean shear capacity (C20/25, w = 0.8 mm)

16 Gli ancoranti certificati a sisma sono identificati nella 1 a pagina della cert. ETA e nelle tab. interne Sulla base della tipologia di test effettuato, all ancorante testato è assegnata una categoria di performance sismica (C1 o C1&C2) ETA prima pagina ETA seismic tech. data

18 La progettazione sismica degli ancoranti richiede un nuovo metodo di progettazione Carichi statici Carichi sismici Pre-qualifica ETAG 001 ETAG 001, Annex E Resistenza Dati tecnici European Technical Approval: ETA Metodo progettazione ETAG 001, Annex C EOTA TR029 EOTA TR045 Carico Valtuazione carichi Eurocodice 1, Eurocodice 8

19 Valutazione dello spettro di risposta di progetto in accordo all Eurocodice 8 (EN1998) Stato limite ultimo (SLU) Stato limite di danno (SLD) Azioni sismiche considerate 10% di probabilità di essere superate in 50 anni (Tr = 475 anni) 10% di probabilità di essere superate in 10 anni (Tr = 95 anni) Accelerazione di picco al suolo di riferimento a gr a gr per Tr = 475 anni (in accordo alla zonizzazione dello stato) a gr per Tr = 95 anni (in accordo alla zonizzazione dello stato) Si corregge a gr mediante la classe di importanza e si disegna lo spettro per la corretta tipologia di terreno Spettro di risposta di progetto Si corregge a gr mediante la classe di importanza e si disegna lo spettro per la corretta tipologia di terreno

20 Azioni sismiche valutate allo SLU e SLD in accordo all Eurocodice 8 (EN1998) Forma tipica dello spettro di progetto 1. Periodo proprio (T 1 ) 2 2. Accelerazione spettrale 3. Azione sismica 4. Distribuzione delle azioni 1 Azioni sismiche agenti sull ancoraggio valutate allo SLU e SLD

21 Metodo semplificato di valutazione delle azioni sismiche su elementi non-strutturali con TR045 Spesso è difficile valutare corretamente il periodo proprio T a dell elemento non strutturale (Eurocodice 8) Per risolvere questa difficoltà, il documento EOTA TR045 fornisce: Casistica più ampia di fattori di struttura q a per elementi non strutturali Ri-arrangiamento equazione 4.25, EN Approccio pratico, fornendo un fattore di amplificazione sismica A a per diversi elementi non-strutturali

22 Prescrizioni generali per la progettazione sismica degli ancoranti con EOTA TR045 Configurazioni di ancoraggio indicate in ETAG Annex C and TR029. Non è coperto il caso di fissaggio distanziato (con/senza malta). Sono utilizzabili solo ancoranti testati in accordo a ETAG Annex E. Se la percentuale di carico sismico rispetto alla totalità del carico previsto dalla combinazione di carico è 20% non è necessario effettuare un dimensionamento sismico, ma si devono comunque utilizzare ancoranti certificati secondo ETAG Annex E. Si deve considerare il CLS fessurato, salvo diversamente dimostrato.

23 Scelta dell ancorante in funzione della categoria di performance sismica (C1, C2) Indicazioni riportate nel EOTA TR045 Elementi non-strutturali Elementi strutturali a g.s Importance Class II or III Importance Class IV a g.s Importance Class II, III or 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 Importance class II or III Importance class IV Ordinary buildings and buildings of importance in view of the consequences associated with a collapse (e.g. schools, assembly halls, cultural institutions) Buildings whose integrity is of vital importance for civil protection, e.g. hospitals, fire stations, power plants, etc.

24 Il metodo di progettazione permette 3 approcci: a) si trascura la duttilità dell ancorante a1) Capacity Design Gli ancoranti devono garantire una resistenza tale da permettere lo snervamento dell elemento portato a2) Elastic Design La resistenza degli ancoranti deve essere tale da sopportare i carichi derivanti da un analisi sismica elastica Elementi strutturali q = 1,0 Elementi non-strutturali q a sulla base dell elemento non-strutturale

25 Il metodo di progettazione permette 3 approcci: b) si considera la duttilità dell ancorante b) Ductile anchor Valido solo per categorie C2 Requisiti aggiuntivi per garantire la duttilità (p.e. allungamento di 8d) Raccomandato per strutture secondarie e per elementi non-strutturali. Potrebbe non essere idoneo per membrature principali (si consideri la possibilità di grandi deformazioni permanenti) Per garantire il cedimento lato acciaio devono essere eseguite ulteriori verifiche (percentuale di sfruttamento maggiore: lato acciaio)

26 Resistenze di progetto derivate dalla cert. ETA o in accordo a ETAG 001 Annex C / TR029 TRAZIONE Ref. values N 0 Rk,seis ETA values (C1 or C2) Calculated as per ETAG 001 Annex C and TR029 Steel N 0 Rk,s,seis - Pull-out N 0 Rk,p,seis - Combined pull-out and concrete cone Rk,seis N 0 Rk,p,seis Concrete cone - N 0 Rk,c,seis N Rk,seis = gap seis N 0 Rk,seis N d,seis = N k,seis / M,seis seis provided by the TR gap = 1.0 (annular gap just affects shear) M,seis provided by the ETA

27 Resistenze di progetto derivate dalla cert. ETA o in accordo a ETAG 001 Annex C / TR029 TAGLIO Ref. values V 0 Rk,seis ETA values (C1 or C2) Calculated as per ETAG 001 Annex C and TR029 Steel V 0 Rk,s,seis - Pry-out - V 0 Rk,cp,seis Concrete edge - V 0 Rk,c,seis V Rk,seis = gap seis V 0 Rk,seis seis provided by the TR gap = 1.0 filled annular gap Dynamic Set = 0.5 with annular gap not filled V d,seis = V k,seis / M,seis M,seis provided by the ETA

28 Dominio di resistenza per carico combinato Trazione-Taglio In assenza di test approfonditi sul comportamento combinato, si sono utilizzate le seguenti formule per la valutazione del dominio di resistenza per carico combinato Trazione-Taglio: 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

29 Ulteriori requisiti possono essere richiesti per lo Stato Limite di Danno (SLD) Per garantire il funzionamento dell elemento ancorato, si devono considerare anche gli spostamenti dell ancorante. E un dovere del progettista definire il massimo spostamento ammissibile. Verifica eseguibile solo per ancoranti testati per categoria C2 Se l ancorante presenta spostamenti maggiori degli spostamenti ammissibili (trazione e/o taglio) si devono ridurre I valori di resistenza secondo il rapporto spostamento ammissibile / spostamento senza riduzione di resistenza.

30 Procedura di dimensionamento a sisma degli ancoranti Valutare la categoria di performance sismica richiesta (C1 o C2) in funzione dell accelerazione al suolo e della classe di importanza. Scegliere un ancorante idoneo con la classe identificata. Valutare i carichi in accordo all opzione di progettazione più opportuna. Valutare le resistenze di progetto, utilizzando le resistenze caratteristiche derivate dall ETA del prodotto Se necessario, effettuare la verifica allo SLD dell ancoraggio

31 Calcolo con Hilti Profis Anchor

32 Grazie per l attenzione.